発電装置、永久磁石発電機
【課題】永久磁石発電機の内部で相間短絡が生じた場合に、その相間短絡に起因した永久磁石発電機の焼損等が生ずる虞が少ない発電装置を低コストで実現する。
【解決手段】発電装置１００は、三相交流発電機１０と、三相交流発電機１０の相巻線と中立点との接続を切断可能に設けられ、導通状態では双方向に電流が流れ、ゲート信号が入力された後は電流が流れない状態になるまで導通状態を自己保持する双方向サイリスタＴＲ１〜ＴＲ３と、三相交流発電機１０の相巻線に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミングを含む期間、及び負から正に切り替わるタイミングを含む期間、当該相巻線に対応する双方向サイリスタのゲート信号が出力される自励ゲート信号生成回路３０と、三相交流発電機１０を起動するときにゲート信号を出力する制御装置７０と、を備える。
【解決手段】発電装置１００は、三相交流発電機１０と、三相交流発電機１０の相巻線と中立点との接続を切断可能に設けられ、導通状態では双方向に電流が流れ、ゲート信号が入力された後は電流が流れない状態になるまで導通状態を自己保持する双方向サイリスタＴＲ１〜ＴＲ３と、三相交流発電機１０の相巻線に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミングを含む期間、及び負から正に切り替わるタイミングを含む期間、当該相巻線に対応する双方向サイリスタのゲート信号が出力される自励ゲート信号生成回路３０と、三相交流発電機１０を起動するときにゲート信号を出力する制御装置７０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、界磁に永久磁石を用いた永久磁石発電機、該永久磁石発電機を備える発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
界磁に永久磁石を用いた永久磁石発電機の一例としては、例えば三相交流発電機が公知である。永久磁石を用いた三相交流発電機は、例えば三相巻線からなる固定子の中で永久磁石からなる回転子を回転させることによって、電磁誘導の法則により、三相交流電力を発電することができる。界磁に電磁石を用いた電磁石発電機と比較した場合、永久磁石発電機は、界磁励磁のための電源回路が不要であり、また外部の電源回路から回転界磁に電流を導くためのスリップリングやブラシなどの電気的接点がないため、構造が簡単で保守が容易である等の利点がある。
【０００３】
他方、従来の永久磁石発電機は、発電装置に何らかの不具合や故障等が生じたときに、回転子を回転させ続ける限り発電を止めることができない。この場合、例えば永久磁石発電機の出力と負荷との間に遮断器を設けておけば、発電装置に何らかの不具合や故障等が生じたときに、永久磁石発電機から負荷への電力供給を遮断することができる。また永久磁石発電機から負荷への電力供給を遮断又は抑制可能な従来技術としては、例えば回転子への回転駆動力の伝達を遮断可能なクラッチ機構を設けた永久磁石発電機が公知である（例えば特許文献１を参照）。また永久磁石に加えて界磁巻線を設けた回転子を備え、界磁巻線に流れる界磁電流を制御することによって出力電流の出力を禁止可能な回転電機が公知である（例えば特許文献２を参照）。また負荷状態に応じて出力電圧を制御可能なレギュレータ（電圧調整装置）を備えた永久磁石発電機が公知である（例えば特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２６１００８号公報
【特許文献２】特開２００５−２０４４８２号公報
【特許文献３】特開２００３−１８９６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記の特許文献１に開示されている従来技術は、クラッチ機構を設けることによって発電装置が複雑化及び大型化してしまうため、コストが大幅に上昇してしまう虞が生ずる。また上記の特許文献２、３に開示されている従来技術においては、例えば永久磁石発電機の内部で相間短絡が生じた場合に、その短絡電流を止めることができないため、その相間短絡に起因した永久磁石発電機の焼損等を防止することができない。このことは例えば永久磁石発電機の出力を遮断する遮断器を設けた場合も同様である。さらに上記の特許文献１〜３に開示されている従来技術は、外部からの監視条件に基づいて永久磁石発電機の出力電圧を遮断又は抑制するため、永久磁石発電機に何らかの異常や故障等が発生してから出力電圧の遮断又は抑制が行われるまでに、ある程度の時間差が生じてしまうという課題がある。
【０００６】
このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、永久磁石発電機の内部で相間短絡が生じた場合に、その相間短絡に起因した永久磁石発電機の焼損等が生ずる虞が少ない発電装置を低コストで実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、一端側が出力端子となり他端側が中立点に接続される相巻線を三つ以上含む永久磁石発電機と、前記永久磁石発電機の相巻線と中立点との接続を切断可能に各相巻線と中立点との間に各々設けられ、導通状態では双方向に電流が流れ、ゲート信号が入力された後は電流が流れない状態になるまで導通状態を自己保持する双方向半導体スイッチング回路と、前記永久磁石発電機の相巻線に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミングを含む期間、及び負から正に切り替わるタイミングを含む期間、当該相巻線に対応する前記双方向半導体スイッチング回路のゲート信号が出力されるように、当該相巻線以外の相巻線に励起される交流電圧から前記双方向半導体スイッチング回路のゲート信号を各々生成する自励ゲート信号生成回路と、前記永久磁石発電機を起動するときに全ての前記双方向半導体スイッチング回路のゲート信号を出力する起動ゲート信号出力回路と、を備える発電装置である。
【０００８】
各相巻線と中立点との間には、永久磁石発電機の相巻線と中立点との接続を切断可能に双方向半導体スイッチング回路が各々設けられている。この双方向半導体スイッチング回路は、導通状態では双方向に電流が流れ、ゲート信号が入力された後は電流が流れない状態になるまで導通状態を自己保持する。そして自励ゲート信号生成回路が出力するゲート信号は、永久磁石発電機の相巻線に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミングを含む期間、及び負から正に切り替わるタイミングを含む期間、出力される。したがって永久磁石発電機の各相巻線に交流電圧が正常に励起される状態においては、上記の期間、自励ゲート信号生成回路からゲート信号が出力され、それによって双方向半導体スイッチング回路の導通状態が維持される。つまり永久磁石発電機が正常に発電している状態においては、各相巻線が中立点に接続された状態が維持されるので、その永久磁石発電機が正常に発電している状態が維持される。
【０００９】
また自励ゲート信号生成回路は、一の相巻線に対応する双方向半導体スイッチング回路のゲート信号を当該相巻線以外の相巻線に励起される交流電圧から各々生成する。そして相間短絡が生じた場合には、その相間短絡に関与する相巻線の電圧が低下する。したがって永久磁石発電機の内部で相間短絡が生じて、いずれかの相巻線の電圧が低下したときには、その相巻線の電圧から生成されているゲート信号が出力されなくなり、そのゲート信号で点弧していた双方向半導体スイッチング回路が自己消弧して非導通状態となる。そしてその自己消弧した双方向半導体スイッチング回路に対応する相巻線が中立点から切断され、それによってその相巻線の電圧から生成されているゲート信号が出力されなくなり、そのゲート信号で点弧していた双方向半導体スイッチング回路が自己消弧して非導通状態となる。したがって永久磁石発電機の内部で相間短絡が生じていずれかの相巻線の電圧が低下したときには、全ての双方向半導体スイッチング回路が連鎖的に自己消弧して非導通状態となり、それによって全ての相巻線が中立点から切断されることになる。つまり永久磁石発電機の内部で相間短絡が生じたときには、全ての相巻線に電流が流れなくなるので、回転子が回転している状態であっても、相間短絡による短絡電流を迅速に止めることができる。
【００１０】
また本発明に係る発電装置においては、上記のように、永久磁石発電機の回転子が回転している状態であっても、相間短絡による短絡電流を迅速に止めることができるので、従来のように回転子への回転駆動力の伝達を切断するクラッチ機構を設ける必要がない。したがって発電装置が複雑化及び大型化してしまう虞が生じない。
【００１１】
これにより本発明の第１の態様によれば、永久磁石発電機の内部で相間短絡が生じた場合に、その相間短絡に起因した永久磁石発電機の焼損等が生ずる虞が少ない発電装置を低コストで実現することができるという作用効果が得られる。
【００１２】
＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、前述した本発明の第１の態様において、前記自励ゲート信号生成回路が出力するゲート信号を遮断可能なゲート信号遮断回路をさらに備える、ことを特徴とした発電装置である。
このような特徴によれば、例えば永久磁石発電機の内部で相間短絡が生じていない状態において、それ以外の何らかの異常が永久磁石発電機に生じた場合に、永久磁石発電機の回転子が回転している状態であっても、永久磁石発電機における発電を迅速に停止させることができる。
【００１３】
＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、前述した本発明の第１の態様又は第２の態様において、前記永久磁石発電機の出力を遮断可能な出力遮断回路をさらに備える、ことを特徴とした発電装置である。
このような特徴によれば、例えば発電装置から電力を供給される負荷装置側において短絡や地絡等の異常が生じたときには、出力遮断回路で永久磁石発電機の出力を遮断することによって、負荷装置側での短絡電流や地絡電流を迅速に止めることができる。
【００１４】
＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、前述した本発明の第１〜第３の態様のいずれかにおいて、前記双方向半導体スイッチング回路は双方向サイリスタである、ことを特徴とした発電装置である。
このような特徴によれば、少ない部品点数で双方向半導体スイッチング回路を実現することができるので、本発明に係る発電装置をより低コストで実現することができる。
【００１５】
＜本発明の第５の態様＞
本発明の第５の態様は、前述した本発明の第１〜第４の態様のいずれかにおいて、前記永久磁石発電機は、相巻線が集中巻きで巻かれている、ことを特徴とした発電装置である。
このような特徴によれば、所謂集中巻きは、同一のスロットに一つの相の巻線のみを巻くので、同一のスロットに異なる相の巻線を隣接させて巻く所謂分布巻きと比較して、相間短絡が生じる虞をより低減させることができる。
【００１６】
＜本発明の第６の態様＞
本発明の第６の態様は、前述した本発明の第１〜第５の態様のいずれかにおいて、前記永久磁石発電機は、相巻線の巻き始めと巻き終わりとが相反する方向へ引き出されている、ことを特徴とした発電装置である。
このような特徴によれば、永久磁石発電機から引き出された相巻線の巻き始め部分と巻き終わり部分とが接触して短絡する虞を低減させることができる。
【００１７】
＜本発明の第７の態様＞
本発明の第７の態様は、一端側が出力端子となり他端側が中立点に接続される三つ以上の相巻線と、相巻線と中立点との接続を切断可能に各相巻線と中立点との間に各々設けられ、導通状態では双方向に電流が流れ、ゲート信号が入力された後は電流が流れない状態になるまで導通状態を自己保持する双方向半導体スイッチング回路と、を備える永久磁石発電機である。
【００１８】
各相巻線と中立点との間には、各相巻線と中立点との接続を切断可能に双方向半導体スイッチング回路が各々設けられている。この双方向半導体スイッチング回路は、導通状態では双方向に電流が流れ、ゲート信号が入力された後は電流が流れない状態になるまで導通状態を自己保持する。したがって相巻線に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミングを含む期間、及び負から正に切り替わるタイミングを含む期間、双方向半導体スイッチング回路の各々にゲート信号を入力することによって、双方向半導体スイッチング回路の導通状態が維持される。それによって永久磁石発電機が正常に発電している状態において、各相巻線が中立点に接続された状態が維持することができるので、その永久磁石発電機が正常に発電している状態を維持することができる。
【００１９】
他方、双方向半導体スイッチング回路へのゲート信号を全て遮断すれば、全ての双方向半導体スイッチング回路が自己消弧して非導通状態となるので、全ての相巻線が中立点から切断され、各相巻線に電流が流れない状態となる。したがって例えば永久磁石発電機に何らかの異常が生じた場合、特に相間短絡が生じた場合に、双方向半導体スイッチング回路へのゲート信号を全て遮断することによって、回転子が回転している状態であっても、永久磁石発電機における発電を迅速に停止させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、永久磁石発電機の内部で相間短絡が生じた場合に、その相間短絡に起因した永久磁石発電機の焼損等が生ずる虞が少ない発電装置を低コストで実現することができるという作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施例の発電装置の全体構成図。
【図２】第１実施例の発電装置の起動時及び正常動作時のタイミングチャート。
【図３】第１実施例の発電装置の停止時のタイミングチャート。
【図４】第１実施例の発電装置において相間短絡が生じたときのタイミングチャート。
【図５】「双方向半導体スイッチング回路」の変形例を図示した回路図。
【図６】第１遮断回路の変形例を図示した回路図。
【図７】第２実施例の発電装置の全体構成図。
【図８】第３実施例の発電装置の全体構成図。
【図９】第３実施例の発電装置の起動時及び正常動作時のタイミングチャート。
【図１０】第３実施例の発電装置において相間短絡が生じたときのタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
＜第１実施例＞
本発明に係る発電装置の第１実施例について、図１〜図６を参照しながら説明する。
【００２４】
まず第１実施例の発電装置１００の構成について、図１を参照しながら説明する。
図１は、第１実施例の発電装置１００の全体構成図である。
第１実施例の発電装置１００は、三相交流発電機１０で発電した交流電力をコンバータ回路６０及び平滑コンデンサＣ１により直流電力に変換し、その直流電力を負荷Ｚ１へ供給する。このような構成の発電装置１００は、さらに第１遮断回路２０、自励ゲート信号生成回路３０、ゲート信号遮断回路４０、第２遮断回路５０及び制御装置７０を備えている。
【００２５】
三相交流発電機１０は、界磁に永久磁石を用いた「永久磁石発電機」であり、第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３からなる固定子と、その固定子の中で回転する永久磁石で構成された回転子（図示せず）とを含む。第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３は、回転子の回転方向へ１２０度ずつ位相をずらして配置され、一端側が出力端子となり他端側が中立点Ｎに接続される。三相交流発電機１０は、エンジン等の駆動力源の回転駆動力が伝達されて回転子が回転することによって、三相交流電力を発電する。
【００２６】
第１遮断回路２０は、第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３を含む。第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３は、導通状態では双方向に電流が流れ、ゲート信号が入力された後は電流が流れない状態になるまで導通状態を自己保持する公知の「双方向半導体スイッチング回路」である。第１双方向サイリスタＴＲ１は、三相交流発電機１０の第１相巻線Ｌ１と中立点Ｎとの接続を切断可能に第１相巻線Ｌ１と中立点Ｎとの間に設けられている。第２双方向サイリスタＴＲ２は、三相交流発電機１０の第２相巻線Ｌ２と中立点Ｎとの接続を切断可能に第２相巻線Ｌ２と中立点Ｎとの間に設けられている。第３双方向サイリスタＴＲ３は、三相交流発電機１０の第３相巻線Ｌ３と中立点Ｎとの接続を切断可能に第３相巻線Ｌ３と中立点Ｎとの間に設けられている。第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３の各ゲート端子には、自励ゲート信号生成回路３０又は制御装置７０からゲート信号が入力される。
【００２７】
自励ゲート信号生成回路３０は、ダイオードＤ１〜Ｄ６及び抵抗器Ｒ１〜Ｒ６を含む。ダイオードＤ１及びダイオードＤ２のアノード端子は、三相交流発電機１０の第３相巻線Ｌ３の出力端側に接続されている。ダイオードＤ３及びダイオードＤ４のアノード端子は、三相交流発電機１０の第２相巻線Ｌ２の出力端側に接続されている。ダイオードＤ５及びダイオードＤ６のアノード端子は、三相交流発電機１０の第１相巻線Ｌ１の出力端側に接続されている。抵抗器Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５は、同じ抵抗値の抵抗器である。抵抗器Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６は、同じ抵抗値の抵抗器である。
【００２８】
ダイオードＤ１及びダイオードＤ３のカソード端子は、抵抗器Ｒ１の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ１の他端側には抵抗器Ｒ２の一端側が接続されており、抵抗器Ｒ２の他端側は三相交流発電機１０の中立点Ｎに接続されている。抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２との接続点は、ゲート信号遮断回路４０を介して第１双方向サイリスタＴＲ１のゲート端子に接続されている。つまり第２相巻線Ｌ２の相電圧と第３相巻線Ｌ３の相電圧の論理和を抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２との抵抗比で分圧した電圧が、第１双方向サイリスタＴＲ１のゲート信号となる。
【００２９】
ダイオードＤ２及びダイオードＤ５のカソード端子は、抵抗器Ｒ３の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ３の他端側には抵抗器Ｒ４の一端側が接続されており、抵抗器Ｒ４の他端側は三相交流発電機１０の中立点Ｎに接続されている。抵抗器Ｒ３と抵抗器Ｒ４との接続点は、ゲート信号遮断回路４０を介して第２双方向サイリスタＴＲ２のゲート端子に接続されている。つまり第１相巻線Ｌ１の相電圧と第３相巻線Ｌ３の相電圧の論理和を抵抗器Ｒ３と抵抗器Ｒ４との抵抗比で分圧した電圧が、第２双方向サイリスタＴＲ２のゲート信号となる。
【００３０】
ダイオードＤ４及びダイオードＤ６のカソード端子は、抵抗器Ｒ５の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ５の他端側には抵抗器Ｒ６の一端側が接続されており、抵抗器Ｒ６の他端側は三相交流発電機１０の中立点Ｎに接続されている。抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６との接続点は、ゲート信号遮断回路４０を介して第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート端子に接続されている。つまり第１相巻線Ｌ１の相電圧と第２相巻線Ｌ２の相電圧の論理和を抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６との抵抗比で分圧した電圧が、第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート信号となる。
【００３１】
ゲート信号遮断回路４０は、自励ゲート信号生成回路３０が出力するゲート信号を遮断可能に設けられた三つのスイッチＳ１〜Ｓ３を含む。スイッチＳ１は、抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２との接続点から第１双方向サイリスタＴＲ１のゲート端子へ出力されるゲート信号をＯＮ／ＯＦＦ可能に設けられている。スイッチＳ２は、抵抗器Ｒ３と抵抗器Ｒ４との接続点から第２双方向サイリスタＴＲ２のゲート端子へ出力されるゲート信号をＯＮ／ＯＦＦ可能に設けられている。スイッチＳ３は、抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６との接続点から第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート端子へ出力されるゲート信号をＯＮ／ＯＦＦ可能に設けられている。このスイッチＳ１〜Ｓ３は、例えば機械式スイッチや接点、電磁リレーやソリッドステートリレー、トランジスタやＦＥＴ等の半導体スイッチ等を用いることができる。
【００３２】
「出力遮断回路」としての第２遮断回路５０は、三相交流発電機１０からコンバータ回路６０への交流電力出力を遮断可能に設けられた三つの遮断器Ｓ４〜Ｓ６を含む。遮断器Ｓ４は、第１相巻線Ｌ１からコンバータ回路６０への出力を遮断可能に設けられている。遮断器Ｓ５は、第２相巻線Ｌ２からコンバータ回路６０への出力を遮断可能に設けられている。遮断器Ｓ６は、第３相巻線Ｌ３からコンバータ回路６０への出力を遮断可能に設けられている。この遮断器Ｓ４〜Ｓ６は、例えば機械式スイッチや接点、電磁リレーやソリッドステートリレー等を用いることができる。
【００３３】
「起動ゲート信号出力回路」としての制御装置７０は、公知のマイコン制御回路を含み、ダイオードＤ７〜Ｄ９を介して、第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート端子の各々に接続されている。制御装置７０は、三相交流発電機１０を起動するときに、第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート信号を出力する。また制御装置７０は、ゲート信号遮断回路４０に接続されており、スイッチＳ１〜Ｓ３を制御する。さらに制御装置７０は、第２遮断回路５０に接続されており、遮断器Ｓ４〜Ｓ６を制御する。さらに制御装置７０は、コンバータ回路６０に接続されており、コンバータ回路６０から出力される直流電力の電圧を制御する。
【００３４】
つづいて第１実施例の発電装置１００の動作について、図２〜図４のタイミングチャートを参照しながら説明する。
【００３５】
図２は、第１実施例の発電装置１００の起動時及び正常動作時のタイミングチャートである。図２（ａ）は、制御装置７０が出力する起動ゲート信号を図示したものであり、図２（ｂ）は、自励ゲート信号生成回路３０が出力する自励ゲート信号を図示したものであり、図２（ｃ）は、三相交流発電機１０の出力電圧を図示したものである。
【００３６】
起動前の三相交流発電機１０は、第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３がいずれも消弧しているため、第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３は、いずれも中立点Ｎから切断された状態となっている。したがって起動前の三相交流発電機１０は、回転駆動力が伝達されて回転子が回転しても、そのままでは、第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３に電流は流れず、よって発電しない。
【００３７】
起動時には、三相交流発電機１０の回転子が一定以上の回転速度で回転している状態で、第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３の各ゲート端子へ制御装置７０から起動ゲート信号が出力される（図２（ａ）：タイミングＴ１）。すると第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３が一斉に点弧する。つまり第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３は、全て中立点Ｎに接続されて電流が流れる状態になる。それによって三相交流発電機１０は、回転子の回転によって発電する状態となり、出力端子から三相交流電力が出力される（図２（ｃ））。
尚、図２（ｃ）において、第１相波形Ｐ１は第１相巻線Ｌ１に励起される交流電圧波形、第２相波形Ｐ２は第２相巻線Ｌ２に励起される交流電圧波形、第３相波形Ｐ３は第３相巻線Ｌ３に励起される交流電圧波形である。
【００３８】
三相交流発電機１０の出力端子から三相交流電力が出力されるようになると、それによって自励ゲート信号生成回路３０から自励ゲート信号が出力されるようになる（図２（ｂ））。より具体的には、第１相巻線Ｌ１に励起される負電圧によって、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート端子にゲート信号が出力される（以下、「第１ゲート信号ＧＳ１」という。）。第２相巻線Ｌ２に励起される負電圧によって、第１双方向サイリスタＴＲ１及び第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート端子にゲート信号が出力される（以下、「第２ゲート信号ＧＳ２」という。）。第３相巻線Ｌ３に励起される負電圧によって、第１双方向サイリスタＴＲ１及び第２双方向サイリスタＴＲ２のゲート端子にゲート信号が出力される（以下、「第３ゲート信号ＧＳ３」という。）。第１ゲート信号ＧＳ１、第２ゲート信号ＧＳ２及び第３ゲート信号ＧＳ３の電圧は、抵抗器Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５と抵抗器Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６とによる分圧比を調整することによって調整することができる。また第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３は、トリガ電圧Ｖ１以上の負電圧のゲート信号がゲート端子に入力されることによって点弧する。つまりトリガ電圧Ｖ１以上の負電圧が有効なゲート信号となる。このトリガ電圧Ｖ１は、双方向サイリスタの特性に応じて決定される。
【００３９】
第１ゲート信号ＧＳ１は、第２相巻線Ｌ２に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ７）を含む期間、及び第３相巻線Ｌ３に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ６）を含む期間、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート端子にトリガ電圧Ｖ１以上の負電圧として出力される。
【００４０】
第２ゲート信号ＧＳ２は、第１相巻線Ｌ１に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ２）を含む期間、及び第３相巻線Ｌ３に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ３）を含む期間、第１双方向サイリスタＴＲ１及び第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート端子にトリガ電圧Ｖ１以上の負電圧として出力される。
【００４１】
第３ゲート信号ＧＳ３は、第１相巻線Ｌ１に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ５）を含む期間、及び第２相巻線Ｌ２に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ４）を含む期間、第１双方向サイリスタＴＲ１及び第２双方向サイリスタＴＲ２のゲート端子にトリガ電圧Ｖ１以上の負電圧として出力される。
【００４２】
したがって第１相巻線Ｌ１に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ２）では、第２ゲート信号ＧＳ２によって、第１双方向サイリスタＴＲ１が点弧される。第３相巻線Ｌ３に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ３）では、第２ゲート信号ＧＳ２によって、第３双方向サイリスタＴＲ３が点弧される。第２相巻線Ｌ２に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ４）では、第３ゲート信号ＧＳ３によって、第２双方向サイリスタＴＲ２が点弧される。第１相巻線Ｌ１に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ５）では、第３ゲート信号ＧＳ３によって、第１双方向サイリスタＴＲ１が点弧される。第３相巻線Ｌ３に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ６）では、第１ゲート信号ＧＳ１によって、第３双方向サイリスタＴＲ３が点弧される。第２相巻線Ｌ２に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ７）では、第１ゲート信号ＧＳ１によって、第２双方向サイリスタＴＲ２が点弧される。
【００４３】
つまり自励ゲート信号生成回路３０から自励ゲート信号が出力されるようになると、その自励ゲート信号によって、第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３が全て中立点Ｎに接続された状態が維持されるので、三相交流発電機１０が正常に発電している状態が維持される。
【００４４】
図３は、第１実施例の発電装置１００の停止時のタイミングチャートである。図３（ａ）は、自励ゲート信号生成回路３０が出力する自励ゲート信号を図示したものであり、図３（ｂ）は、三相交流発電機１０の出力電圧を図示したものである。
【００４５】
三相交流発電機１０の発電を停止させるときには、ゲート信号遮断回路４０のスイッチＳ１〜Ｓ３のＯＦＦ制御を制御装置７０が実行する。スイッチＳ１〜Ｓ３がＯＦＦ状態になると、自励ゲート信号生成回路３０から出力される自励ゲート信号が全て遮断される（図３（ａ）：タイミングＴ８）。それによって第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３が全て自己消弧するので、第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３が全て中立点Ｎから切断された状態となる。したがって三相交流発電機１０は、回転子が回転している状態であっても、その発電が停止することになる（図３（ｂ））。
【００４６】
図４は、第１実施例の発電装置１００において相間短絡が生じたときのタイミングチャートである。図４（ａ）は、自励ゲート信号生成回路３０が出力する自励ゲート信号を図示したものであり、図４（ｂ）は、三相交流発電機１０の出力電圧を図示したものである。
以下、相間短絡が生じて第１相巻線Ｌ１の相電圧が低下したときを例に説明する。
【００４７】
相間短絡が生じて第１相巻線Ｌ１の相電圧が大きく低下すると（タイミングＴ９）、第１相巻線Ｌ１に励起される負電圧によって生成される第１ゲート信号ＧＳ１の電圧がトリガ電圧Ｖ１未満に低下する（図４（ａ））。それによって第３相巻線Ｌ３の電圧が０となるタイミングで、第３双方向サイリスタＴＲ３が自己消弧し（タイミングＴ１０）、つづいて第２相巻線Ｌ２の電圧が０となるタイミングで、第２双方向サイリスタＴＲ２が自己消弧する（タイミングＴ１１）。そして第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３が自己消弧することによって、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３が中立点Ｎから切断される。それによって第２ゲート信号ＧＳ２及び第３ゲート信号ＧＳ３が出力されなくなるため、第１相巻線Ｌ１の相電圧が０となるタイミングで第１双方向サイリスタＴＲ１が自己消弧し、第１相巻線Ｌ１が中立点Ｎから切断される（タイミングＴ１２）。この時点で、第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３が全て中立点Ｎから切断されている状態となる。またそれによって、第１ゲート信号ＧＳ１、第２ゲート信号ＧＳ２及び第３ゲート信号ＧＳ３は全て出力されなくなる。
【００４８】
つまり三相交流発電機１０の内部で相間短絡が生じて、第１相巻線Ｌ１の相電圧が低下したときには、第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３が連鎖的に自己消弧して非導通状態となり、それによって第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３が全て中立点Ｎから切断されることになる。つまり三相交流発電機１０の内部で相間短絡が生じたときには、第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３に電流が流れなくなるので、回転子が回転している状態であっても、相間短絡による短絡電流を迅速に止めることができる。また三相交流発電機１０の回転子が回転している状態であっても、相間短絡による短絡電流を迅速に止めることができるので、従来のように回転子への回転駆動力の伝達を切断するクラッチ機構を設ける必要がない。したがって発電装置１００が複雑化及び大型化してしまう虞が生じない。
【００４９】
以上説明したように本発明によれば、三相交流発電機１０の内部で相間短絡が生じた場合に、その相間短絡に起因した三相交流発電機１０の焼損等が生ずる虞が少ない発電装置１００を低コストで実現することができる。
【００５０】
さらに本発明においては、当該実施例のように、自励ゲート信号生成回路３０が出力するゲート信号を遮断可能なゲート信号遮断回路４０を設けるのが好ましい。これは本発明に必須の構成要素ではないが、このような回路を設けることによって、例えば三相交流発電機１０の内部で相間短絡以外の何らかの異常が三相交流発電機１０に生じた場合に、回転子が回転している状態であっても、三相交流発電機１０における発電を迅速に停止させることができる。
【００５１】
さらに本発明においては、当該実施例のように、三相交流発電機１０からコンバータ回路６０への交流電力出力を遮断可能な第２遮断回路５０を設けるのが好ましい。これは本発明に必須の構成要素ではないが、このような回路を設けることによって、第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３の両端を切断することが可能になるので、相間短絡による短絡電流に起因した三相交流発電機１０の焼損等が生ずる虞をさらに低減させることができる。また例えば発電装置１００から電力を供給される負荷Ｚ１において短絡や地絡等の異常が生じたときには、第２遮断回路５０により三相交流発電機１０の出力を遮断することによって、負荷Ｚ１での短絡電流や地絡電流を迅速に止めることができる。
【００５２】
図５は、「双方向半導体スイッチング回路」の変形例を図示した回路図である。
本発明の「双方向半導体スイッチング回路」は、当該実施例の双方向サイリスタに特に限定されない。例えば二つのサイリスタＴｈ１、Ｔｈ２を組み合わせて構成することもできる（図５（ａ））。例えば二つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor：ＩＧＢＴ）Ｔｒ１、Ｔｒ２を組み合わせて構成することもできる（図５（ｂ））。
【００５３】
図６は、第１遮断回路２０の変形例を図示した回路図である。
第１遮断回路２０の変形例は、サイリスタＴｈ１〜Ｔｈ６及び抵抗器Ｒ１ａ〜Ｒ１ｃを含む。サイリスタＴｈ１とサイリスタＴｈ２とは逆並列に接続されている。サイリスタＴｈ３とサイリスタＴｈ４とは逆並列に接続されている。サイリスタＴｈ５とサイリスタＴｈ６とは逆並列に接続されている。サイリスタＴｈ１、サイリスタＴｈ３、サイリスタＴｈ５のカソード端子、及びサイリスタＴｈ２、サイリスタＴｈ４、サイリスタＴｈ６アノード端子は、中立点Ｎに接続されている。またサイリスタＴｈ１のアノード端子（サイリスタＴｈ２のカソード端子）は、第１相巻線Ｌ１の他端側に接続されるとともに、抵抗器Ｒ１ａの一端側が接続されている。サイリスタＴｈ３のアノード端子（サイリスタＴｈ４のカソード端子）は、第２相巻線Ｌ２の他端側に接続されるとともに、抵抗器Ｒ１ｂの一端側が接続されている。サイリスタＴｈ５のアノード端子（サイリスタＴｈ６のカソード端子）は、第３相巻線Ｌ３の他端側に接続されるとともに、抵抗器Ｒ１ｃの一端側が接続されている。
【００５４】
抵抗器Ｒ１ａ、抵抗器Ｒ１ｂ及び抵抗器Ｒ１ｃは、サイリスタＴｈ１、サイリスタＴｈ３、サイリスタＴｈ５のアノード側（サイリスタＴｈ２、サイリスタＴｈ４、サイリスタＴｈ６のカソード側）の電位を確定させるために設けられている（電圧確定用の回路）。この抵抗器Ｒ１ａ、抵抗器Ｒ１ｂ及び抵抗器Ｒ１ｃで構成される回路は、図５に図示したサイリスタＴｈ１、Ｔｈ２を用いた回路（図５（ａ））、あるいは絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）Ｔｒ１、Ｔｒ２を用いた回路（図５（ｂ）を「双方向半導体スイッチング回路」として用いる場合に必要となる。「双方向半導体スイッチング回路」として双方向サイリスタ（図１の第１〜第３双方向サイリスタＴＲ１〜ＴＲ３）を用いる場合には必要ない。
【００５５】
＜第２実施例＞
本発明に係る発電装置の第２実施例について、図７を参照しながら説明する。
図７は、第２実施例の発電装置１００の全体構成図である。
第２実施例の発電装置１００は、自励ゲート信号生成回路３０の構成が異なる以外は、第１実施例の発電装置１００と同じ構成である。以下、第２実施例の自励ゲート信号生成回路３０の構成について説明し、第１実施例と共通する部分については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。また自励ゲート信号生成回路３０の動作も第１実施例と略同じであるため、タイミングチャートの図示及びその説明を省略する。
【００５６】
第２実施例の自励ゲート信号生成回路３０は、ダイオードＤ１〜Ｄ６、抵抗器Ｒ７〜Ｒ９及びトリガダイオードＴＤ１〜ＴＤ３を含む。ダイオードＤ１及びダイオードＤ２のアノード端子は、三相交流発電機１０の第３相巻線Ｌ３の出力端側に接続されている。ダイオードＤ３及びダイオードＤ４のアノード端子は、三相交流発電機１０の第２相巻線Ｌ２の出力端側に接続されている。ダイオードＤ５及びダイオードＤ６のアノード端子は、三相交流発電機１０の第１相巻線Ｌ１の出力端側に接続されている。抵抗器Ｒ７〜Ｒ９は、同じ抵抗値の抵抗器であり、トリガダイオードＴＤ１〜ＴＤ３に流れる電流を定格電流以下に制限する。
【００５７】
ダイオードＤ１及びダイオードＤ３のカソード端子は、抵抗器Ｒ７の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ７の他端側にはトリガダイオードＴＤ１の一端側が接続されており、トリガダイオードＴＤ１の他端側は、ゲート信号遮断回路４０を介して第１双方向サイリスタＴＲ１のゲート端子に接続されている。つまり第２相巻線Ｌ２の相電圧と第３相巻線Ｌ３の相電圧の論理和でトリガダイオードＴＤ１からトリガ信号が出力され、そのトリガ信号が第１双方向サイリスタＴＲ１のゲート信号となる。
【００５８】
ダイオードＤ２及びダイオードＤ５のカソード端子は、抵抗器Ｒ８の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ８の他端側にはトリガダイオードＴＤ２の一端側が接続されており、トリガダイオードＴＤ２の他端側は、ゲート信号遮断回路４０を介して第２双方向サイリスタＴＲ２のゲート端子に接続されている。つまり第１相巻線Ｌ１の相電圧と第３相巻線Ｌ３の相電圧の論理和でトリガダイオードＴＤ２からトリガ信号が出力され、そのトリガ信号が第２双方向サイリスタＴＲ２のゲート信号となる。
【００５９】
ダイオードＤ４及びダイオードＤ６のカソード端子は、抵抗器Ｒ９の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ９の他端側にはトリガダイオードＴＤ３の一端側が接続されており、トリガダイオードＴＤ３の他端側は、ゲート信号遮断回路４０を介して第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート端子に接続されている。つまり第１相巻線Ｌ１の相電圧と第２相巻線Ｌ２の相電圧の論理和でトリガダイオードＴＤ３からトリガ信号が出力され、そのトリガ信号が第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート信号となる。
【００６０】
このような構成の自励ゲート信号生成回路３０でも本発明は実施可能であり、本発明による作用効果を得ることが出来る。
【００６１】
＜第３実施例＞
本発明に係る発電装置の第３実施例について、図８〜図１０を参照しながら説明する。
【００６２】
まず第３実施例の発電装置１００の構成について、図８を参照しながら説明する。
図８は、第３実施例の発電装置１００の全体構成図である。
第３実施例の発電装置１００は、五相交流発電機１１で発電した交流電力をコンバータ回路６１及び平滑コンデンサＣ１により直流電力に変換し、その直流電力を負荷Ｚ１へ供給する。このような構成の発電装置１００は、さらに第１遮断回路２１、自励ゲート信号生成回路３１、ゲート信号遮断回路４１、第２遮断回路５１及び制御装置７０を備えている。
【００６３】
五相交流発電機１１は、界磁に永久磁石を用いた「永久磁石発電機」であり、第１相巻線Ｌ１１、第２相巻線Ｌ１２、第３相巻線Ｌ１３、第４相巻線Ｌ１４及び第５相巻線Ｌ１５からなる固定子と、その固定子の中で回転する永久磁石で構成された回転子（図示せず）とを含む。第１相巻線Ｌ１１、第２相巻線Ｌ１２、第３相巻線Ｌ１３、第４相巻線Ｌ１４及び第５相巻線Ｌ１５は、回転子の回転方向へ７２度ずつ位相をずらして配置され、一端側が出力端子となり他端側が中立点Ｎに接続される。五相交流発電機１１は、エンジン等の駆動力源の回転駆動力が伝達されて回転子が回転することによって、五相交流電力を発電する。
【００６４】
第１遮断回路２１は、第１双方向サイリスタＴＲ１１、第２双方向サイリスタＴＲ１２、第３双方向サイリスタＴＲ１３、第４双方向サイリスタＴＲ１４及び第５双方向サイリスタＴＲ１５を含む。第１双方向サイリスタＴＲ１１、第２双方向サイリスタＴＲ１２、第３双方向サイリスタＴＲ１３、第４双方向サイリスタＴＲ１４及び第５双方向サイリスタＴＲ１５は、導通状態では双方向に電流が流れ、ゲート信号が入力された後は電流が流れない状態になるまで導通状態を自己保持する公知の「双方向半導体スイッチング回路」である。第１双方向サイリスタＴＲ１１は、五相交流発電機１１の第１相巻線Ｌ１１と中立点Ｎとの接続を切断可能に第１相巻線Ｌ１１と中立点Ｎとの間に設けられている。第２双方向サイリスタＴＲ１２は、五相交流発電機１１の第２相巻線Ｌ１２と中立点Ｎとの接続を切断可能に第２相巻線Ｌ１２と中立点Ｎとの間に設けられている。第３双方向サイリスタＴＲ１３は、五相交流発電機１１の第３相巻線Ｌ１３と中立点Ｎとの接続を切断可能に第３相巻線Ｌ１３と中立点Ｎとの間に設けられている。第４双方向サイリスタＴＲ１４は、五相交流発電機１１の第４相巻線Ｌ１４と中立点Ｎとの接続を切断可能に第４相巻線Ｌ１４と中立点Ｎとの間に設けられている。第５双方向サイリスタＴＲ１５は、五相交流発電機１１の第５相巻線Ｌ１５と中立点Ｎとの接続を切断可能に第５相巻線Ｌ１５と中立点Ｎとの間に設けられている。第１双方向サイリスタＴＲ１１、第２双方向サイリスタＴＲ１２、第３双方向サイリスタＴＲ１３、第４双方向サイリスタＴＲ１４及び第５双方向サイリスタＴＲ１５の各ゲート端子には、自励ゲート信号生成回路３１又は制御装置７０からゲート信号が入力される。
【００６５】
自励ゲート信号生成回路３１は、ダイオードＤ１１〜Ｄ２０及び抵抗器Ｒ１１〜Ｒ２０を含む。ダイオードＤ１１及びダイオードＤ１２のアノード端子は、五相交流発電機１１の第５相巻線Ｌ１５の出力端側に接続されている。ダイオードＤ１３及びダイオードＤ１４のアノード端子は、五相交流発電機１１の第４相巻線Ｌ１４の出力端側に接続されている。ダイオードＤ１５及びダイオードＤ１６のアノード端子は、五相交流発電機１１の第３相巻線Ｌ１３の出力端側に接続されている。ダイオードＤ１７及びダイオードＤ１８のアノード端子は、五相交流発電機１１の第２相巻線Ｌ１２の出力端側に接続されている。ダイオードＤ１９及びダイオードＤ２０のアノード端子は、五相交流発電機１１の第１相巻線Ｌ１１の出力端側に接続されている。抵抗器Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒ１５、Ｒ１７、Ｒ１９は、同じ抵抗値の抵抗器である。抵抗器Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ１６、Ｒ１８、Ｒ２０は、同じ抵抗値の抵抗器である。
【００６６】
ダイオードＤ１１及びダイオードＤ１７のカソード端子は、抵抗器Ｒ１１の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ１１の他端側には抵抗器Ｒ１２の一端側が接続されており、抵抗器Ｒ１２の他端側は五相交流発電機１１の中立点Ｎに接続されている。抵抗器Ｒ１１と抵抗器Ｒ１２との接続点は、ゲート信号遮断回路４１を介して第１双方向サイリスタＴＲ１１のゲート端子に接続されている。つまり第２相巻線Ｌ１２の相電圧と第５相巻線Ｌ１５の相電圧の論理和を抵抗器Ｒ１１と抵抗器Ｒ１２との抵抗比で分圧した電圧が、第１双方向サイリスタＴＲ１１のゲート信号となる。
【００６７】
ダイオードＤ１３及びダイオードＤ１８のカソード端子は、抵抗器Ｒ１３の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ１３の他端側には抵抗器Ｒ１４の一端側が接続されており、抵抗器Ｒ１４の他端側は五相交流発電機１１の中立点Ｎに接続されている。抵抗器Ｒ１３と抵抗器Ｒ１４との接続点は、ゲート信号遮断回路４１を介して第３双方向サイリスタＴＲ１３のゲート端子に接続されている。つまり第２相巻線Ｌ１２の相電圧と第４相巻線Ｌ１４の相電圧の論理和を抵抗器Ｒ１３と抵抗器Ｒ１４との抵抗比で分圧した電圧が、第３双方向サイリスタＴＲ１３のゲート信号となる。
【００６８】
ダイオードＤ１２及びダイオードＤ１５のカソード端子は、抵抗器Ｒ１５の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ１５の他端側には抵抗器Ｒ１６の一端側が接続されており、抵抗器Ｒ１６の他端側は五相交流発電機１１の中立点Ｎに接続されている。抵抗器Ｒ１５と抵抗器Ｒ１６との接続点は、ゲート信号遮断回路４１を介して第４双方向サイリスタＴＲ１４のゲート端子に接続されている。つまり第３相巻線Ｌ１３の相電圧と第５相巻線Ｌ１５の相電圧の論理和を抵抗器Ｒ１５と抵抗器Ｒ１６との抵抗比で分圧した電圧が、第４双方向サイリスタＴＲ１４のゲート信号となる。
【００６９】
ダイオードＤ１４及びダイオードＤ１９のカソード端子は、抵抗器Ｒ１７の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ１７の他端側には抵抗器Ｒ１８の一端側が接続されており、抵抗器Ｒ１８の他端側は五相交流発電機１１の中立点Ｎに接続されている。抵抗器Ｒ１７と抵抗器Ｒ１８との接続点は、ゲート信号遮断回路４１を介して第５双方向サイリスタＴＲ１５のゲート端子に接続されている。つまり第１相巻線Ｌ１１の相電圧と第４相巻線Ｌ１４の相電圧の論理和を抵抗器Ｒ１７と抵抗器Ｒ１８との抵抗比で分圧した電圧が、第５双方向サイリスタＴＲ１５のゲート信号となる。
【００７０】
ダイオードＤ１６及びダイオードＤ２０のカソード端子は、抵抗器Ｒ１９の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ１９の他端側には抵抗器Ｒ２０の一端側が接続されており、抵抗器Ｒ２０の他端側は五相交流発電機１１の中立点Ｎに接続されている。抵抗器Ｒ１９と抵抗器Ｒ２０との接続点は、ゲート信号遮断回路４１を介して第２双方向サイリスタＴＲ１２のゲート端子に接続されている。つまり第１相巻線Ｌ１１の相電圧と第３相巻線Ｌ１３の相電圧の論理和を抵抗器Ｒ１９と抵抗器Ｒ２０との抵抗比で分圧した電圧が、第２双方向サイリスタＴＲ１２のゲート信号となる。
【００７１】
ゲート信号遮断回路４１は、自励ゲート信号生成回路３１が出力するゲート信号を遮断可能に設けられた五つのスイッチＳ１１〜Ｓ１５を含む。スイッチＳ１１は、抵抗器Ｒ１１と抵抗器Ｒ１２との接続点から第１双方向サイリスタＴＲ１１のゲート端子へ出力されるゲート信号をＯＮ／ＯＦＦ可能に設けられている。スイッチＳ１２は、抵抗器Ｒ１３と抵抗器Ｒ１４との接続点から第２双方向サイリスタＴＲ１２のゲート端子へ出力されるゲート信号をＯＮ／ＯＦＦ可能に設けられている。スイッチＳ１３は、抵抗器Ｒ１５と抵抗器Ｒ１６との接続点から第３双方向サイリスタＴＲ１３のゲート端子へ出力されるゲート信号をＯＮ／ＯＦＦ可能に設けられている。スイッチＳ１４は、抵抗器Ｒ１７と抵抗器Ｒ１８との接続点から第４双方向サイリスタＴＲ１４のゲート端子へ出力されるゲート信号をＯＮ／ＯＦＦ可能に設けられている。スイッチＳ１５は、抵抗器Ｒ１９と抵抗器Ｒ２０との接続点から第５双方向サイリスタＴＲ１５のゲート端子へ出力されるゲート信号をＯＮ／ＯＦＦ可能に設けられている。
【００７２】
「出力遮断回路」としての第２遮断回路５１は、五相交流発電機１１からコンバータ回路６１への交流電力出力を遮断可能に設けられた五つの遮断器Ｓ１６〜Ｓ２０を含む。遮断器Ｓ１６は、第１相巻線Ｌ１１からコンバータ回路６１への出力を遮断可能に設けられている。遮断器Ｓ１７は、第２相巻線Ｌ１２からコンバータ回路６１への出力を遮断可能に設けられている。遮断器Ｓ１８は、第３相巻線Ｌ１３からコンバータ回路６１への出力を遮断可能に設けられている。遮断器Ｓ１９は、第４相巻線Ｌ１４からコンバータ回路６１への出力を遮断可能に設けられている。遮断器Ｓ２０は、第５相巻線Ｌ１５からコンバータ回路６１への出力を遮断可能に設けられている。
【００７３】
第１実施例と同じ構成の制御装置７０は、公知のマイコン制御回路を含み、ダイオードＤ２１〜Ｄ２５を介して、第１双方向サイリスタＴＲ１１、第２双方向サイリスタＴＲ１２、第３双方向サイリスタＴＲ１３、第４双方向サイリスタＴＲ４及び第５双方向サイリスタＴＲ５のゲート端子の各々に接続されている。制御装置７０は、五相交流発電機１１を起動するときに、第１双方向サイリスタＴＲ１１、第２双方向サイリスタＴＲ１２、第３双方向サイリスタＴＲ１３、第４双方向サイリスタＴＲ４及び第５双方向サイリスタＴＲ５のゲート信号を出力する。また制御装置７０は、ゲート信号遮断回路４１に接続されており、スイッチＳ１１〜Ｓ１５を制御する。さらに制御装置７０は、第２遮断回路５１に接続されており、遮断器Ｓ１６〜Ｓ２０を制御する。さらに制御装置７０は、コンバータ回路６１に接続されており、コンバータ回路６１から出力される直流電力の電圧を制御する。
【００７４】
つづいて第３実施例の発電装置１００の動作について、図９及び図１０のタイミングチャートを参照しながら説明する。
【００７５】
図９は、第３実施例の発電装置１００の起動時及び正常動作時のタイミングチャートである。図９（ａ）は、制御装置７０が出力する起動ゲート信号を図示したものであり、図９（ｂ）は、自励ゲート信号生成回路３１が出力する自励ゲート信号を図示したものであり、図９（ｃ）は、五相交流発電機１１の出力電圧を図示したものである。
【００７６】
起動前の五相交流発電機１１は、第１双方向サイリスタＴＲ１１、第２双方向サイリスタＴＲ１２、第３双方向サイリスタＴＲ１３、第４双方向サイリスタＴＲ１４及び第５双方向サイリスタＴＲ１５がいずれも消弧しているため、第１相巻線Ｌ１１、第２相巻線Ｌ１２、第３相巻線Ｌ１３、第４相巻線Ｌ１４及び第５相巻線Ｌ１５は、いずれも中立点Ｎから切断された状態となっている。したがって起動前の五相交流発電機１１は、回転駆動力が伝達されて回転子が回転しても、そのままでは、第１相巻線Ｌ１１、第２相巻線Ｌ１２、第３相巻線Ｌ１３、第４相巻線Ｌ１４及び第５相巻線Ｌ１５に電流は流れず、よって発電しない。
【００７７】
起動時には、五相交流発電機１１の回転子が一定以上の回転速度で回転している状態で、第１双方向サイリスタＴＲ１１、第２双方向サイリスタＴＲ１２、第３双方向サイリスタＴＲ１３、第４双方向サイリスタＴＲ１４及び第５双方向サイリスタＴＲ１５の各ゲート端子へ制御装置７０から起動ゲート信号が出力される（図９（ａ）：タイミングＴ２１）。すると第１双方向サイリスタＴＲ１１、第２双方向サイリスタＴＲ１２、第３双方向サイリスタＴＲ１３、第４双方向サイリスタＴＲ１４及び第５双方向サイリスタＴＲ１５が一斉に点弧する。つまり第１相巻線Ｌ１１、第２相巻線Ｌ１２、第３相巻線Ｌ１３、第４相巻線Ｌ１４及び第５相巻線Ｌ１５は、全て中立点Ｎに接続されて電流が流れる状態になる。それによって五相交流発電機１１は、回転子の回転によって発電する状態となり、出力端子から五相交流電力が出力される（図９（ｃ））。
尚、図９（ｃ）において、第１相波形Ｐ１は第１相巻線Ｌ１１に励起される交流電圧波形、第２相波形Ｐ２は第２相巻線Ｌ１２に励起される交流電圧波形、第３相波形Ｐ３は第３相巻線Ｌ１３に励起される交流電圧波形、第４相波形Ｐ４は第４相巻線Ｌ１４に励起される交流電圧波形、第５相波形Ｐ５は第５相巻線Ｌ１５に励起される交流電圧波形である。
【００７８】
五相交流発電機１１の出力端子から五相交流電力が出力されるようになると、それによって自励ゲート信号生成回路３１から自励ゲート信号が出力されるようになる（図９（ｂ））。より具体的には、第１相巻線Ｌ１１に励起される負電圧によって、第２双方向サイリスタＴＲ１２及び第５双方向サイリスタＴＲ１５のゲート端子にゲート信号が出力される（以下、「第１ゲート信号ＧＳ１」という。）。第２相巻線Ｌ１２に励起される負電圧によって、第１双方向サイリスタＴＲ１１及び第３双方向サイリスタＴＲ１３のゲート端子にゲート信号が出力される（以下、「第２ゲート信号ＧＳ２」という。）。第３相巻線Ｌ１３に励起される負電圧によって、第２双方向サイリスタＴＲ１２及び第４双方向サイリスタＴＲ１４のゲート端子にゲート信号が出力される（以下、「第３ゲート信号ＧＳ３」という。）。第４相巻線Ｌ１４に励起される負電圧によって、第３双方向サイリスタＴＲ１３及び第５双方向サイリスタＴＲ１５のゲート端子にゲート信号が出力される（以下、「第４ゲート信号ＧＳ４」という。）。第５相巻線Ｌ１５に励起される負電圧によって、第１双方向サイリスタＴＲ１１及び第４双方向サイリスタＴＲ１４のゲート端子にゲート信号が出力される（以下、「第５ゲート信号ＧＳ５」という。）。また第１双方向サイリスタＴＲ１１、第２双方向サイリスタＴＲ１２、第３双方向サイリスタＴＲ１３、第４双方向サイリスタＴＲ１４及び第５双方向サイリスタＴＲ１５は、トリガ電圧Ｖ２以上の負電圧のゲート信号がゲート端子に入力されることによって点弧する。つまりトリガ電圧Ｖ２以上の負電圧が有効なゲート信号となる。このトリガ電圧Ｖ２は、双方向サイリスタの特性に応じて決定される。
【００７９】
第１ゲート信号ＧＳ１は、第２相巻線Ｌ１２に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ２４）を含む期間、及び第５相巻線Ｌ１５に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ２５）を含む期間、第２双方向サイリスタＴＲ１２及び第５双方向サイリスタＴＲ１５のゲート端子にトリガ電圧Ｖ２以上の負電圧として出力される。
【００８０】
第２ゲート信号ＧＳ２は、第１相巻線Ｌ１１に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ２７）を含む期間、及び第３相巻線Ｌ１３に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ２６）を含む期間、第１双方向サイリスタＴＲ１１及び第３双方向サイリスタＴＲ１３のゲート端子にトリガ電圧Ｖ２以上の負電圧として出力される。
【００８１】
第３ゲート信号ＧＳ３は、第２相巻線Ｌ１２に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ２９）を含む期間、及び第４相巻線Ｌ１４に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ２８）を含む期間、第２双方向サイリスタＴＲ１２及び第４双方向サイリスタＴＲ１４のゲート端子にトリガ電圧Ｖ２以上の負電圧として出力される。
【００８２】
第４ゲート信号ＧＳ４は、第３相巻線Ｌ１３に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ３１）を含む期間、及び第５相巻線Ｌ１５に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ３０）を含む期間、第３双方向サイリスタＴＲ１３及び第５双方向サイリスタＴＲ１５のゲート端子にトリガ電圧Ｖ２以上の負電圧として出力される。
【００８３】
第５ゲート信号ＧＳ５は、第１相巻線Ｌ１１に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ２２）を含む期間、及び第４相巻線Ｌ１４に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ２３）を含む期間、第１双方向サイリスタＴＲ１１及び第４双方向サイリスタＴＲ１４のゲート端子にトリガ電圧Ｖ２以上の負電圧として出力される。
【００８４】
したがって第１相巻線Ｌ１１に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ２２）では、第５ゲート信号ＧＳ５によって、第１双方向サイリスタＴＲ１１が点弧される。第４相巻線Ｌ１４に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ２３）では、第５ゲート信号ＧＳ５によって、第４双方向サイリスタＴＲ１４が点弧される。第２相巻線Ｌ１２に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ２４）では、第１ゲート信号ＧＳ１によって、第２双方向サイリスタＴＲ１２が点弧される。第５相巻線Ｌ１５に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ２５）では、第１ゲート信号ＧＳ１によって、第５双方向サイリスタＴＲ１５が点弧される。第３相巻線Ｌ１３に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ２６）では、第２ゲート信号ＧＳ２によって、第３双方向サイリスタＴＲ１３が点弧される。第１相巻線Ｌ１１に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ２７）では、第２ゲート信号ＧＳ２によって、第１双方向サイリスタＴＲ１１が点弧される。第４相巻線Ｌ１４に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ２８）では、第３ゲート信号ＧＳ３によって、第４双方向サイリスタＴＲ１４が点弧される。第２相巻線Ｌ１２に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ２９）では、第３ゲート信号ＧＳ３によって、第２双方向サイリスタＴＲ１２が点弧される。第５相巻線Ｌ１５に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ３０）では、第４ゲート信号ＧＳ４によって、第５双方向サイリスタＴＲ１５が点弧される。第３相巻線Ｌ１３に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ３１）では、第４ゲート信号ＧＳ４によって、第３双方向サイリスタＴＲ１３が点弧される。
【００８５】
つまり自励ゲート信号生成回路３１からゲート信号が出力されるようになると、そのゲート信号によって、第１相巻線Ｌ１１、第２相巻線Ｌ１２、第３相巻線Ｌ１３、第４相巻線Ｌ１４及び第５相巻線Ｌ１５が全て中立点Ｎに接続された状態が維持されるので、五相交流発電機１１が正常に発電している状態が維持される。
【００８６】
図１０は、第３実施例の発電装置１００において相間短絡が生じたときのタイミングチャートである。図１０（ａ）は、自励ゲート信号生成回路３１が出力する自励ゲート信号を図示したものであり、図１０（ｂ）は、五相交流発電機１１の出力電圧を図示したものである。
以下、相間短絡が生じて第１相巻線Ｌ１１の相電圧が低下したときを例に説明する。
【００８７】
相間短絡が生じて第１相巻線Ｌ１１の相電圧が大きく低下すると（タイミングＴ３２）、第１相巻線Ｌ１１に励起される負電圧によって生成される第１ゲート信号ＧＳ１の電圧がトリガ電圧Ｖ２未満に低下する（図１０（ａ））。それによって第２相巻線Ｌ１２の電圧が０となるタイミングで、第２双方向サイリスタＴＲ１２が自己消弧し（タイミングＴ３３）、つづいて第５相巻線Ｌ１５の電圧が０となるタイミングで、第５双方向サイリスタＴＲ１５が自己消弧する（タイミングＴ３４）。そして第２双方向サイリスタＴＲ１２及び第５双方向サイリスタＴＲ１５が自己消弧することによって、第２相巻線Ｌ１２及び第５相巻線Ｌ１５が中立点Ｎから切断される。
【００８８】
また第２相巻線Ｌ１２が中立点Ｎから切断されることによって、第２ゲート信号ＧＳ２が出力されなくなるため、第３相巻線Ｌ１３の相電圧が０となるタイミングで第３双方向サイリスタＴＲ１３が自己消弧し、第３相巻線Ｌ１３が中立点Ｎから切断される（タイミングＴ３５）。つづいて第１相巻線Ｌ１１の相電圧が０となるタイミングで第１双方向サイリスタＴＲ１１が自己消弧し、第１相巻線Ｌ１１が中立点Ｎから切断される（タイミングＴ３６）。そして第３相巻線Ｌ１３が中立点Ｎから切断されることによって、第３ゲート信号ＧＳ３が出力されなくなるため、第４相巻線Ｌ１４の相電圧が０となるタイミングで第４双方向サイリスタＴＲ１４が自己消弧し、第４相巻線Ｌ１４が中立点Ｎから切断される（タイミングＴ３７）。この時点で、第１相巻線Ｌ１１、第２相巻線Ｌ１２、第３相巻線Ｌ１３、第４相巻線Ｌ１４及び第５相巻線Ｌ１５が全て中立点Ｎから切断されている状態となる。またそれによって、第１ゲート信号ＧＳ１、第２ゲート信号ＧＳ２、第３ゲート信号ＧＳ３、第４ゲート信号ＧＳ４及び第５ゲート信号ＧＳ５は全て出力されなくなる。
【００８９】
つまり五相交流発電機１１の内部で相間短絡が生じて、第１相巻線Ｌ１１の相電圧が低下したときには、第１双方向サイリスタＴＲ１１、第２双方向サイリスタＴＲ１２、第３双方向サイリスタＴＲ１３、第４双方向サイリスタＴＲ１４及び第５双方向サイリスタＴＲ１５が連鎖的に自己消弧して非導通状態となり、それによって第１相巻線Ｌ１１、第２相巻線Ｌ１２、第３相巻線Ｌ１３、第４相巻線Ｌ１４及び第５相巻線Ｌ１５が全て中立点Ｎから切断されることになる。それによって五相交流発電機１１の内部で相間短絡が生じたときには、第１相巻線Ｌ１１、第２相巻線Ｌ１２、第３相巻線Ｌ１３、第４相巻線Ｌ１４及び第５相巻線Ｌ１５に電流が流れなくなるので、回転子が回転している状態であっても、相間短絡による短絡電流を迅速に止めることができる。また五相交流発電機１１の回転子が回転している状態であっても、相間短絡による短絡電流を迅速に止めることができるので、従来のように回転子への回転駆動力の伝達を切断するクラッチ機構を設ける必要がない。したがって発電装置１００が複雑化及び大型化してしまう虞が生じない。
【００９０】
以上説明したように本発明によれば、五相交流発電機１１の内部で相間短絡が生じた場合に、その相間短絡に起因した五相交流発電機１１の焼損等が生ずる虞が少ない発電装置１００を低コストで実現することができる。
【００９１】
＜他の実施例、変形例＞
本発明は、上記説明した実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であること言うまでもない。
【００９２】
例えば上記実施例の三相交流発電機１０及び五相交流発電機１１は、各相巻線が集中巻きで巻かれているのが好ましい。所謂集中巻きは、同一のスロットに一つの相の巻線のみを巻くので、同一のスロットに異なる相の巻線を隣接させて巻く所謂分布巻きと比較して、相間短絡が生じる虞をより低減させることができる。
【００９３】
例えば上記実施例の三相交流発電機１０及び五相交流発電機１１は、相巻線の巻き始めと巻き終わりとが相反する方向へ引き出されているのが好ましい。それによって三相交流発電機１０及び五相交流発電機１１から引き出された相巻線の巻き始め部分と巻き終わり部分とが接触して短絡する虞を低減させることができる。
【００９４】
例えば上記実施例の三相交流発電機１０は、第１遮断回路２０を内蔵させた構成としてもよいし、上記実施例の五相交流発電機１１は、第１遮断回路２１を内蔵させた構成としてもよい。このような構成の三相交流発電機１０及び五相交流発電機１１も本発明の対象となり得る。
【符号の説明】
【００９５】
１０ 三相交流発電機
１１ 五相交流発電機
２０、２１ 第１遮断回路
３０、３１ 自励ゲート信号生成回路
４０、４１ ゲート信号遮断回路
５０、５１ 第２遮断回路
６０、６１ コンバータ回路
７０ 制御装置
１００ 発電装置
Ｌ１、Ｌ１１ 第１相巻線
Ｌ２、Ｌ１２ 第２相巻線
Ｌ３、Ｌ１３ 第３相巻線
Ｌ４、Ｌ１４ 第４相巻線
Ｌ５、Ｌ１５ 第５相巻線
Ｓ１〜Ｓ３、Ｓ１１〜Ｓ１５ スイッチ
Ｓ４〜Ｓ６、Ｓ１６〜Ｓ２０ 遮断器
ＴＤ１〜ＴＤ３ トリガダイオード
ＴＲ１、ＴＲ１１ 第１双方向サイリスタ
ＴＲ２、ＴＲ１２ 第２双方向サイリスタ
ＴＲ３、ＴＲ１３ 第３双方向サイリスタ
ＴＲ４、ＴＲ１４ 第４双方向サイリスタ
ＴＲ５、ＴＲ１５ 第５双方向サイリスタ
Ｔｈ１〜Ｔｈ６ サイリスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、界磁に永久磁石を用いた永久磁石発電機、該永久磁石発電機を備える発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
界磁に永久磁石を用いた永久磁石発電機の一例としては、例えば三相交流発電機が公知である。永久磁石を用いた三相交流発電機は、例えば三相巻線からなる固定子の中で永久磁石からなる回転子を回転させることによって、電磁誘導の法則により、三相交流電力を発電することができる。界磁に電磁石を用いた電磁石発電機と比較した場合、永久磁石発電機は、界磁励磁のための電源回路が不要であり、また外部の電源回路から回転界磁に電流を導くためのスリップリングやブラシなどの電気的接点がないため、構造が簡単で保守が容易である等の利点がある。
【０００３】
他方、従来の永久磁石発電機は、発電装置に何らかの不具合や故障等が生じたときに、回転子を回転させ続ける限り発電を止めることができない。この場合、例えば永久磁石発電機の出力と負荷との間に遮断器を設けておけば、発電装置に何らかの不具合や故障等が生じたときに、永久磁石発電機から負荷への電力供給を遮断することができる。また永久磁石発電機から負荷への電力供給を遮断又は抑制可能な従来技術としては、例えば回転子への回転駆動力の伝達を遮断可能なクラッチ機構を設けた永久磁石発電機が公知である（例えば特許文献１を参照）。また永久磁石に加えて界磁巻線を設けた回転子を備え、界磁巻線に流れる界磁電流を制御することによって出力電流の出力を禁止可能な回転電機が公知である（例えば特許文献２を参照）。また負荷状態に応じて出力電圧を制御可能なレギュレータ（電圧調整装置）を備えた永久磁石発電機が公知である（例えば特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２６１００８号公報
【特許文献２】特開２００５−２０４４８２号公報
【特許文献３】特開２００３−１８９６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記の特許文献１に開示されている従来技術は、クラッチ機構を設けることによって発電装置が複雑化及び大型化してしまうため、コストが大幅に上昇してしまう虞が生ずる。また上記の特許文献２、３に開示されている従来技術においては、例えば永久磁石発電機の内部で相間短絡が生じた場合に、その短絡電流を止めることができないため、その相間短絡に起因した永久磁石発電機の焼損等を防止することができない。このことは例えば永久磁石発電機の出力を遮断する遮断器を設けた場合も同様である。さらに上記の特許文献１〜３に開示されている従来技術は、外部からの監視条件に基づいて永久磁石発電機の出力電圧を遮断又は抑制するため、永久磁石発電機に何らかの異常や故障等が発生してから出力電圧の遮断又は抑制が行われるまでに、ある程度の時間差が生じてしまうという課題がある。
【０００６】
このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、永久磁石発電機の内部で相間短絡が生じた場合に、その相間短絡に起因した永久磁石発電機の焼損等が生ずる虞が少ない発電装置を低コストで実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、一端側が出力端子となり他端側が中立点に接続される相巻線を三つ以上含む永久磁石発電機と、前記永久磁石発電機の相巻線と中立点との接続を切断可能に各相巻線と中立点との間に各々設けられ、導通状態では双方向に電流が流れ、ゲート信号が入力された後は電流が流れない状態になるまで導通状態を自己保持する双方向半導体スイッチング回路と、前記永久磁石発電機の相巻線に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミングを含む期間、及び負から正に切り替わるタイミングを含む期間、当該相巻線に対応する前記双方向半導体スイッチング回路のゲート信号が出力されるように、当該相巻線以外の相巻線に励起される交流電圧から前記双方向半導体スイッチング回路のゲート信号を各々生成する自励ゲート信号生成回路と、前記永久磁石発電機を起動するときに全ての前記双方向半導体スイッチング回路のゲート信号を出力する起動ゲート信号出力回路と、を備える発電装置である。
【０００８】
各相巻線と中立点との間には、永久磁石発電機の相巻線と中立点との接続を切断可能に双方向半導体スイッチング回路が各々設けられている。この双方向半導体スイッチング回路は、導通状態では双方向に電流が流れ、ゲート信号が入力された後は電流が流れない状態になるまで導通状態を自己保持する。そして自励ゲート信号生成回路が出力するゲート信号は、永久磁石発電機の相巻線に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミングを含む期間、及び負から正に切り替わるタイミングを含む期間、出力される。したがって永久磁石発電機の各相巻線に交流電圧が正常に励起される状態においては、上記の期間、自励ゲート信号生成回路からゲート信号が出力され、それによって双方向半導体スイッチング回路の導通状態が維持される。つまり永久磁石発電機が正常に発電している状態においては、各相巻線が中立点に接続された状態が維持されるので、その永久磁石発電機が正常に発電している状態が維持される。
【０００９】
また自励ゲート信号生成回路は、一の相巻線に対応する双方向半導体スイッチング回路のゲート信号を当該相巻線以外の相巻線に励起される交流電圧から各々生成する。そして相間短絡が生じた場合には、その相間短絡に関与する相巻線の電圧が低下する。したがって永久磁石発電機の内部で相間短絡が生じて、いずれかの相巻線の電圧が低下したときには、その相巻線の電圧から生成されているゲート信号が出力されなくなり、そのゲート信号で点弧していた双方向半導体スイッチング回路が自己消弧して非導通状態となる。そしてその自己消弧した双方向半導体スイッチング回路に対応する相巻線が中立点から切断され、それによってその相巻線の電圧から生成されているゲート信号が出力されなくなり、そのゲート信号で点弧していた双方向半導体スイッチング回路が自己消弧して非導通状態となる。したがって永久磁石発電機の内部で相間短絡が生じていずれかの相巻線の電圧が低下したときには、全ての双方向半導体スイッチング回路が連鎖的に自己消弧して非導通状態となり、それによって全ての相巻線が中立点から切断されることになる。つまり永久磁石発電機の内部で相間短絡が生じたときには、全ての相巻線に電流が流れなくなるので、回転子が回転している状態であっても、相間短絡による短絡電流を迅速に止めることができる。
【００１０】
また本発明に係る発電装置においては、上記のように、永久磁石発電機の回転子が回転している状態であっても、相間短絡による短絡電流を迅速に止めることができるので、従来のように回転子への回転駆動力の伝達を切断するクラッチ機構を設ける必要がない。したがって発電装置が複雑化及び大型化してしまう虞が生じない。
【００１１】
これにより本発明の第１の態様によれば、永久磁石発電機の内部で相間短絡が生じた場合に、その相間短絡に起因した永久磁石発電機の焼損等が生ずる虞が少ない発電装置を低コストで実現することができるという作用効果が得られる。
【００１２】
＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、前述した本発明の第１の態様において、前記自励ゲート信号生成回路が出力するゲート信号を遮断可能なゲート信号遮断回路をさらに備える、ことを特徴とした発電装置である。
このような特徴によれば、例えば永久磁石発電機の内部で相間短絡が生じていない状態において、それ以外の何らかの異常が永久磁石発電機に生じた場合に、永久磁石発電機の回転子が回転している状態であっても、永久磁石発電機における発電を迅速に停止させることができる。
【００１３】
＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、前述した本発明の第１の態様又は第２の態様において、前記永久磁石発電機の出力を遮断可能な出力遮断回路をさらに備える、ことを特徴とした発電装置である。
このような特徴によれば、例えば発電装置から電力を供給される負荷装置側において短絡や地絡等の異常が生じたときには、出力遮断回路で永久磁石発電機の出力を遮断することによって、負荷装置側での短絡電流や地絡電流を迅速に止めることができる。
【００１４】
＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、前述した本発明の第１〜第３の態様のいずれかにおいて、前記双方向半導体スイッチング回路は双方向サイリスタである、ことを特徴とした発電装置である。
このような特徴によれば、少ない部品点数で双方向半導体スイッチング回路を実現することができるので、本発明に係る発電装置をより低コストで実現することができる。
【００１５】
＜本発明の第５の態様＞
本発明の第５の態様は、前述した本発明の第１〜第４の態様のいずれかにおいて、前記永久磁石発電機は、相巻線が集中巻きで巻かれている、ことを特徴とした発電装置である。
このような特徴によれば、所謂集中巻きは、同一のスロットに一つの相の巻線のみを巻くので、同一のスロットに異なる相の巻線を隣接させて巻く所謂分布巻きと比較して、相間短絡が生じる虞をより低減させることができる。
【００１６】
＜本発明の第６の態様＞
本発明の第６の態様は、前述した本発明の第１〜第５の態様のいずれかにおいて、前記永久磁石発電機は、相巻線の巻き始めと巻き終わりとが相反する方向へ引き出されている、ことを特徴とした発電装置である。
このような特徴によれば、永久磁石発電機から引き出された相巻線の巻き始め部分と巻き終わり部分とが接触して短絡する虞を低減させることができる。
【００１７】
＜本発明の第７の態様＞
本発明の第７の態様は、一端側が出力端子となり他端側が中立点に接続される三つ以上の相巻線と、相巻線と中立点との接続を切断可能に各相巻線と中立点との間に各々設けられ、導通状態では双方向に電流が流れ、ゲート信号が入力された後は電流が流れない状態になるまで導通状態を自己保持する双方向半導体スイッチング回路と、を備える永久磁石発電機である。
【００１８】
各相巻線と中立点との間には、各相巻線と中立点との接続を切断可能に双方向半導体スイッチング回路が各々設けられている。この双方向半導体スイッチング回路は、導通状態では双方向に電流が流れ、ゲート信号が入力された後は電流が流れない状態になるまで導通状態を自己保持する。したがって相巻線に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミングを含む期間、及び負から正に切り替わるタイミングを含む期間、双方向半導体スイッチング回路の各々にゲート信号を入力することによって、双方向半導体スイッチング回路の導通状態が維持される。それによって永久磁石発電機が正常に発電している状態において、各相巻線が中立点に接続された状態が維持することができるので、その永久磁石発電機が正常に発電している状態を維持することができる。
【００１９】
他方、双方向半導体スイッチング回路へのゲート信号を全て遮断すれば、全ての双方向半導体スイッチング回路が自己消弧して非導通状態となるので、全ての相巻線が中立点から切断され、各相巻線に電流が流れない状態となる。したがって例えば永久磁石発電機に何らかの異常が生じた場合、特に相間短絡が生じた場合に、双方向半導体スイッチング回路へのゲート信号を全て遮断することによって、回転子が回転している状態であっても、永久磁石発電機における発電を迅速に停止させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、永久磁石発電機の内部で相間短絡が生じた場合に、その相間短絡に起因した永久磁石発電機の焼損等が生ずる虞が少ない発電装置を低コストで実現することができるという作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施例の発電装置の全体構成図。
【図２】第１実施例の発電装置の起動時及び正常動作時のタイミングチャート。
【図３】第１実施例の発電装置の停止時のタイミングチャート。
【図４】第１実施例の発電装置において相間短絡が生じたときのタイミングチャート。
【図５】「双方向半導体スイッチング回路」の変形例を図示した回路図。
【図６】第１遮断回路の変形例を図示した回路図。
【図７】第２実施例の発電装置の全体構成図。
【図８】第３実施例の発電装置の全体構成図。
【図９】第３実施例の発電装置の起動時及び正常動作時のタイミングチャート。
【図１０】第３実施例の発電装置において相間短絡が生じたときのタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
＜第１実施例＞
本発明に係る発電装置の第１実施例について、図１〜図６を参照しながら説明する。
【００２４】
まず第１実施例の発電装置１００の構成について、図１を参照しながら説明する。
図１は、第１実施例の発電装置１００の全体構成図である。
第１実施例の発電装置１００は、三相交流発電機１０で発電した交流電力をコンバータ回路６０及び平滑コンデンサＣ１により直流電力に変換し、その直流電力を負荷Ｚ１へ供給する。このような構成の発電装置１００は、さらに第１遮断回路２０、自励ゲート信号生成回路３０、ゲート信号遮断回路４０、第２遮断回路５０及び制御装置７０を備えている。
【００２５】
三相交流発電機１０は、界磁に永久磁石を用いた「永久磁石発電機」であり、第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３からなる固定子と、その固定子の中で回転する永久磁石で構成された回転子（図示せず）とを含む。第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３は、回転子の回転方向へ１２０度ずつ位相をずらして配置され、一端側が出力端子となり他端側が中立点Ｎに接続される。三相交流発電機１０は、エンジン等の駆動力源の回転駆動力が伝達されて回転子が回転することによって、三相交流電力を発電する。
【００２６】
第１遮断回路２０は、第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３を含む。第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３は、導通状態では双方向に電流が流れ、ゲート信号が入力された後は電流が流れない状態になるまで導通状態を自己保持する公知の「双方向半導体スイッチング回路」である。第１双方向サイリスタＴＲ１は、三相交流発電機１０の第１相巻線Ｌ１と中立点Ｎとの接続を切断可能に第１相巻線Ｌ１と中立点Ｎとの間に設けられている。第２双方向サイリスタＴＲ２は、三相交流発電機１０の第２相巻線Ｌ２と中立点Ｎとの接続を切断可能に第２相巻線Ｌ２と中立点Ｎとの間に設けられている。第３双方向サイリスタＴＲ３は、三相交流発電機１０の第３相巻線Ｌ３と中立点Ｎとの接続を切断可能に第３相巻線Ｌ３と中立点Ｎとの間に設けられている。第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３の各ゲート端子には、自励ゲート信号生成回路３０又は制御装置７０からゲート信号が入力される。
【００２７】
自励ゲート信号生成回路３０は、ダイオードＤ１〜Ｄ６及び抵抗器Ｒ１〜Ｒ６を含む。ダイオードＤ１及びダイオードＤ２のアノード端子は、三相交流発電機１０の第３相巻線Ｌ３の出力端側に接続されている。ダイオードＤ３及びダイオードＤ４のアノード端子は、三相交流発電機１０の第２相巻線Ｌ２の出力端側に接続されている。ダイオードＤ５及びダイオードＤ６のアノード端子は、三相交流発電機１０の第１相巻線Ｌ１の出力端側に接続されている。抵抗器Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５は、同じ抵抗値の抵抗器である。抵抗器Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６は、同じ抵抗値の抵抗器である。
【００２８】
ダイオードＤ１及びダイオードＤ３のカソード端子は、抵抗器Ｒ１の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ１の他端側には抵抗器Ｒ２の一端側が接続されており、抵抗器Ｒ２の他端側は三相交流発電機１０の中立点Ｎに接続されている。抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２との接続点は、ゲート信号遮断回路４０を介して第１双方向サイリスタＴＲ１のゲート端子に接続されている。つまり第２相巻線Ｌ２の相電圧と第３相巻線Ｌ３の相電圧の論理和を抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２との抵抗比で分圧した電圧が、第１双方向サイリスタＴＲ１のゲート信号となる。
【００２９】
ダイオードＤ２及びダイオードＤ５のカソード端子は、抵抗器Ｒ３の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ３の他端側には抵抗器Ｒ４の一端側が接続されており、抵抗器Ｒ４の他端側は三相交流発電機１０の中立点Ｎに接続されている。抵抗器Ｒ３と抵抗器Ｒ４との接続点は、ゲート信号遮断回路４０を介して第２双方向サイリスタＴＲ２のゲート端子に接続されている。つまり第１相巻線Ｌ１の相電圧と第３相巻線Ｌ３の相電圧の論理和を抵抗器Ｒ３と抵抗器Ｒ４との抵抗比で分圧した電圧が、第２双方向サイリスタＴＲ２のゲート信号となる。
【００３０】
ダイオードＤ４及びダイオードＤ６のカソード端子は、抵抗器Ｒ５の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ５の他端側には抵抗器Ｒ６の一端側が接続されており、抵抗器Ｒ６の他端側は三相交流発電機１０の中立点Ｎに接続されている。抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６との接続点は、ゲート信号遮断回路４０を介して第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート端子に接続されている。つまり第１相巻線Ｌ１の相電圧と第２相巻線Ｌ２の相電圧の論理和を抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６との抵抗比で分圧した電圧が、第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート信号となる。
【００３１】
ゲート信号遮断回路４０は、自励ゲート信号生成回路３０が出力するゲート信号を遮断可能に設けられた三つのスイッチＳ１〜Ｓ３を含む。スイッチＳ１は、抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２との接続点から第１双方向サイリスタＴＲ１のゲート端子へ出力されるゲート信号をＯＮ／ＯＦＦ可能に設けられている。スイッチＳ２は、抵抗器Ｒ３と抵抗器Ｒ４との接続点から第２双方向サイリスタＴＲ２のゲート端子へ出力されるゲート信号をＯＮ／ＯＦＦ可能に設けられている。スイッチＳ３は、抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６との接続点から第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート端子へ出力されるゲート信号をＯＮ／ＯＦＦ可能に設けられている。このスイッチＳ１〜Ｓ３は、例えば機械式スイッチや接点、電磁リレーやソリッドステートリレー、トランジスタやＦＥＴ等の半導体スイッチ等を用いることができる。
【００３２】
「出力遮断回路」としての第２遮断回路５０は、三相交流発電機１０からコンバータ回路６０への交流電力出力を遮断可能に設けられた三つの遮断器Ｓ４〜Ｓ６を含む。遮断器Ｓ４は、第１相巻線Ｌ１からコンバータ回路６０への出力を遮断可能に設けられている。遮断器Ｓ５は、第２相巻線Ｌ２からコンバータ回路６０への出力を遮断可能に設けられている。遮断器Ｓ６は、第３相巻線Ｌ３からコンバータ回路６０への出力を遮断可能に設けられている。この遮断器Ｓ４〜Ｓ６は、例えば機械式スイッチや接点、電磁リレーやソリッドステートリレー等を用いることができる。
【００３３】
「起動ゲート信号出力回路」としての制御装置７０は、公知のマイコン制御回路を含み、ダイオードＤ７〜Ｄ９を介して、第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート端子の各々に接続されている。制御装置７０は、三相交流発電機１０を起動するときに、第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート信号を出力する。また制御装置７０は、ゲート信号遮断回路４０に接続されており、スイッチＳ１〜Ｓ３を制御する。さらに制御装置７０は、第２遮断回路５０に接続されており、遮断器Ｓ４〜Ｓ６を制御する。さらに制御装置７０は、コンバータ回路６０に接続されており、コンバータ回路６０から出力される直流電力の電圧を制御する。
【００３４】
つづいて第１実施例の発電装置１００の動作について、図２〜図４のタイミングチャートを参照しながら説明する。
【００３５】
図２は、第１実施例の発電装置１００の起動時及び正常動作時のタイミングチャートである。図２（ａ）は、制御装置７０が出力する起動ゲート信号を図示したものであり、図２（ｂ）は、自励ゲート信号生成回路３０が出力する自励ゲート信号を図示したものであり、図２（ｃ）は、三相交流発電機１０の出力電圧を図示したものである。
【００３６】
起動前の三相交流発電機１０は、第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３がいずれも消弧しているため、第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３は、いずれも中立点Ｎから切断された状態となっている。したがって起動前の三相交流発電機１０は、回転駆動力が伝達されて回転子が回転しても、そのままでは、第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３に電流は流れず、よって発電しない。
【００３７】
起動時には、三相交流発電機１０の回転子が一定以上の回転速度で回転している状態で、第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３の各ゲート端子へ制御装置７０から起動ゲート信号が出力される（図２（ａ）：タイミングＴ１）。すると第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３が一斉に点弧する。つまり第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３は、全て中立点Ｎに接続されて電流が流れる状態になる。それによって三相交流発電機１０は、回転子の回転によって発電する状態となり、出力端子から三相交流電力が出力される（図２（ｃ））。
尚、図２（ｃ）において、第１相波形Ｐ１は第１相巻線Ｌ１に励起される交流電圧波形、第２相波形Ｐ２は第２相巻線Ｌ２に励起される交流電圧波形、第３相波形Ｐ３は第３相巻線Ｌ３に励起される交流電圧波形である。
【００３８】
三相交流発電機１０の出力端子から三相交流電力が出力されるようになると、それによって自励ゲート信号生成回路３０から自励ゲート信号が出力されるようになる（図２（ｂ））。より具体的には、第１相巻線Ｌ１に励起される負電圧によって、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート端子にゲート信号が出力される（以下、「第１ゲート信号ＧＳ１」という。）。第２相巻線Ｌ２に励起される負電圧によって、第１双方向サイリスタＴＲ１及び第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート端子にゲート信号が出力される（以下、「第２ゲート信号ＧＳ２」という。）。第３相巻線Ｌ３に励起される負電圧によって、第１双方向サイリスタＴＲ１及び第２双方向サイリスタＴＲ２のゲート端子にゲート信号が出力される（以下、「第３ゲート信号ＧＳ３」という。）。第１ゲート信号ＧＳ１、第２ゲート信号ＧＳ２及び第３ゲート信号ＧＳ３の電圧は、抵抗器Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５と抵抗器Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６とによる分圧比を調整することによって調整することができる。また第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３は、トリガ電圧Ｖ１以上の負電圧のゲート信号がゲート端子に入力されることによって点弧する。つまりトリガ電圧Ｖ１以上の負電圧が有効なゲート信号となる。このトリガ電圧Ｖ１は、双方向サイリスタの特性に応じて決定される。
【００３９】
第１ゲート信号ＧＳ１は、第２相巻線Ｌ２に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ７）を含む期間、及び第３相巻線Ｌ３に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ６）を含む期間、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート端子にトリガ電圧Ｖ１以上の負電圧として出力される。
【００４０】
第２ゲート信号ＧＳ２は、第１相巻線Ｌ１に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ２）を含む期間、及び第３相巻線Ｌ３に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ３）を含む期間、第１双方向サイリスタＴＲ１及び第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート端子にトリガ電圧Ｖ１以上の負電圧として出力される。
【００４１】
第３ゲート信号ＧＳ３は、第１相巻線Ｌ１に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ５）を含む期間、及び第２相巻線Ｌ２に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ４）を含む期間、第１双方向サイリスタＴＲ１及び第２双方向サイリスタＴＲ２のゲート端子にトリガ電圧Ｖ１以上の負電圧として出力される。
【００４２】
したがって第１相巻線Ｌ１に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ２）では、第２ゲート信号ＧＳ２によって、第１双方向サイリスタＴＲ１が点弧される。第３相巻線Ｌ３に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ３）では、第２ゲート信号ＧＳ２によって、第３双方向サイリスタＴＲ３が点弧される。第２相巻線Ｌ２に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ４）では、第３ゲート信号ＧＳ３によって、第２双方向サイリスタＴＲ２が点弧される。第１相巻線Ｌ１に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ５）では、第３ゲート信号ＧＳ３によって、第１双方向サイリスタＴＲ１が点弧される。第３相巻線Ｌ３に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ６）では、第１ゲート信号ＧＳ１によって、第３双方向サイリスタＴＲ３が点弧される。第２相巻線Ｌ２に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ７）では、第１ゲート信号ＧＳ１によって、第２双方向サイリスタＴＲ２が点弧される。
【００４３】
つまり自励ゲート信号生成回路３０から自励ゲート信号が出力されるようになると、その自励ゲート信号によって、第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３が全て中立点Ｎに接続された状態が維持されるので、三相交流発電機１０が正常に発電している状態が維持される。
【００４４】
図３は、第１実施例の発電装置１００の停止時のタイミングチャートである。図３（ａ）は、自励ゲート信号生成回路３０が出力する自励ゲート信号を図示したものであり、図３（ｂ）は、三相交流発電機１０の出力電圧を図示したものである。
【００４５】
三相交流発電機１０の発電を停止させるときには、ゲート信号遮断回路４０のスイッチＳ１〜Ｓ３のＯＦＦ制御を制御装置７０が実行する。スイッチＳ１〜Ｓ３がＯＦＦ状態になると、自励ゲート信号生成回路３０から出力される自励ゲート信号が全て遮断される（図３（ａ）：タイミングＴ８）。それによって第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３が全て自己消弧するので、第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３が全て中立点Ｎから切断された状態となる。したがって三相交流発電機１０は、回転子が回転している状態であっても、その発電が停止することになる（図３（ｂ））。
【００４６】
図４は、第１実施例の発電装置１００において相間短絡が生じたときのタイミングチャートである。図４（ａ）は、自励ゲート信号生成回路３０が出力する自励ゲート信号を図示したものであり、図４（ｂ）は、三相交流発電機１０の出力電圧を図示したものである。
以下、相間短絡が生じて第１相巻線Ｌ１の相電圧が低下したときを例に説明する。
【００４７】
相間短絡が生じて第１相巻線Ｌ１の相電圧が大きく低下すると（タイミングＴ９）、第１相巻線Ｌ１に励起される負電圧によって生成される第１ゲート信号ＧＳ１の電圧がトリガ電圧Ｖ１未満に低下する（図４（ａ））。それによって第３相巻線Ｌ３の電圧が０となるタイミングで、第３双方向サイリスタＴＲ３が自己消弧し（タイミングＴ１０）、つづいて第２相巻線Ｌ２の電圧が０となるタイミングで、第２双方向サイリスタＴＲ２が自己消弧する（タイミングＴ１１）。そして第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３が自己消弧することによって、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３が中立点Ｎから切断される。それによって第２ゲート信号ＧＳ２及び第３ゲート信号ＧＳ３が出力されなくなるため、第１相巻線Ｌ１の相電圧が０となるタイミングで第１双方向サイリスタＴＲ１が自己消弧し、第１相巻線Ｌ１が中立点Ｎから切断される（タイミングＴ１２）。この時点で、第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３が全て中立点Ｎから切断されている状態となる。またそれによって、第１ゲート信号ＧＳ１、第２ゲート信号ＧＳ２及び第３ゲート信号ＧＳ３は全て出力されなくなる。
【００４８】
つまり三相交流発電機１０の内部で相間短絡が生じて、第１相巻線Ｌ１の相電圧が低下したときには、第１双方向サイリスタＴＲ１、第２双方向サイリスタＴＲ２及び第３双方向サイリスタＴＲ３が連鎖的に自己消弧して非導通状態となり、それによって第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３が全て中立点Ｎから切断されることになる。つまり三相交流発電機１０の内部で相間短絡が生じたときには、第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３に電流が流れなくなるので、回転子が回転している状態であっても、相間短絡による短絡電流を迅速に止めることができる。また三相交流発電機１０の回転子が回転している状態であっても、相間短絡による短絡電流を迅速に止めることができるので、従来のように回転子への回転駆動力の伝達を切断するクラッチ機構を設ける必要がない。したがって発電装置１００が複雑化及び大型化してしまう虞が生じない。
【００４９】
以上説明したように本発明によれば、三相交流発電機１０の内部で相間短絡が生じた場合に、その相間短絡に起因した三相交流発電機１０の焼損等が生ずる虞が少ない発電装置１００を低コストで実現することができる。
【００５０】
さらに本発明においては、当該実施例のように、自励ゲート信号生成回路３０が出力するゲート信号を遮断可能なゲート信号遮断回路４０を設けるのが好ましい。これは本発明に必須の構成要素ではないが、このような回路を設けることによって、例えば三相交流発電機１０の内部で相間短絡以外の何らかの異常が三相交流発電機１０に生じた場合に、回転子が回転している状態であっても、三相交流発電機１０における発電を迅速に停止させることができる。
【００５１】
さらに本発明においては、当該実施例のように、三相交流発電機１０からコンバータ回路６０への交流電力出力を遮断可能な第２遮断回路５０を設けるのが好ましい。これは本発明に必須の構成要素ではないが、このような回路を設けることによって、第１相巻線Ｌ１、第２相巻線Ｌ２及び第３相巻線Ｌ３の両端を切断することが可能になるので、相間短絡による短絡電流に起因した三相交流発電機１０の焼損等が生ずる虞をさらに低減させることができる。また例えば発電装置１００から電力を供給される負荷Ｚ１において短絡や地絡等の異常が生じたときには、第２遮断回路５０により三相交流発電機１０の出力を遮断することによって、負荷Ｚ１での短絡電流や地絡電流を迅速に止めることができる。
【００５２】
図５は、「双方向半導体スイッチング回路」の変形例を図示した回路図である。
本発明の「双方向半導体スイッチング回路」は、当該実施例の双方向サイリスタに特に限定されない。例えば二つのサイリスタＴｈ１、Ｔｈ２を組み合わせて構成することもできる（図５（ａ））。例えば二つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor：ＩＧＢＴ）Ｔｒ１、Ｔｒ２を組み合わせて構成することもできる（図５（ｂ））。
【００５３】
図６は、第１遮断回路２０の変形例を図示した回路図である。
第１遮断回路２０の変形例は、サイリスタＴｈ１〜Ｔｈ６及び抵抗器Ｒ１ａ〜Ｒ１ｃを含む。サイリスタＴｈ１とサイリスタＴｈ２とは逆並列に接続されている。サイリスタＴｈ３とサイリスタＴｈ４とは逆並列に接続されている。サイリスタＴｈ５とサイリスタＴｈ６とは逆並列に接続されている。サイリスタＴｈ１、サイリスタＴｈ３、サイリスタＴｈ５のカソード端子、及びサイリスタＴｈ２、サイリスタＴｈ４、サイリスタＴｈ６アノード端子は、中立点Ｎに接続されている。またサイリスタＴｈ１のアノード端子（サイリスタＴｈ２のカソード端子）は、第１相巻線Ｌ１の他端側に接続されるとともに、抵抗器Ｒ１ａの一端側が接続されている。サイリスタＴｈ３のアノード端子（サイリスタＴｈ４のカソード端子）は、第２相巻線Ｌ２の他端側に接続されるとともに、抵抗器Ｒ１ｂの一端側が接続されている。サイリスタＴｈ５のアノード端子（サイリスタＴｈ６のカソード端子）は、第３相巻線Ｌ３の他端側に接続されるとともに、抵抗器Ｒ１ｃの一端側が接続されている。
【００５４】
抵抗器Ｒ１ａ、抵抗器Ｒ１ｂ及び抵抗器Ｒ１ｃは、サイリスタＴｈ１、サイリスタＴｈ３、サイリスタＴｈ５のアノード側（サイリスタＴｈ２、サイリスタＴｈ４、サイリスタＴｈ６のカソード側）の電位を確定させるために設けられている（電圧確定用の回路）。この抵抗器Ｒ１ａ、抵抗器Ｒ１ｂ及び抵抗器Ｒ１ｃで構成される回路は、図５に図示したサイリスタＴｈ１、Ｔｈ２を用いた回路（図５（ａ））、あるいは絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）Ｔｒ１、Ｔｒ２を用いた回路（図５（ｂ）を「双方向半導体スイッチング回路」として用いる場合に必要となる。「双方向半導体スイッチング回路」として双方向サイリスタ（図１の第１〜第３双方向サイリスタＴＲ１〜ＴＲ３）を用いる場合には必要ない。
【００５５】
＜第２実施例＞
本発明に係る発電装置の第２実施例について、図７を参照しながら説明する。
図７は、第２実施例の発電装置１００の全体構成図である。
第２実施例の発電装置１００は、自励ゲート信号生成回路３０の構成が異なる以外は、第１実施例の発電装置１００と同じ構成である。以下、第２実施例の自励ゲート信号生成回路３０の構成について説明し、第１実施例と共通する部分については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。また自励ゲート信号生成回路３０の動作も第１実施例と略同じであるため、タイミングチャートの図示及びその説明を省略する。
【００５６】
第２実施例の自励ゲート信号生成回路３０は、ダイオードＤ１〜Ｄ６、抵抗器Ｒ７〜Ｒ９及びトリガダイオードＴＤ１〜ＴＤ３を含む。ダイオードＤ１及びダイオードＤ２のアノード端子は、三相交流発電機１０の第３相巻線Ｌ３の出力端側に接続されている。ダイオードＤ３及びダイオードＤ４のアノード端子は、三相交流発電機１０の第２相巻線Ｌ２の出力端側に接続されている。ダイオードＤ５及びダイオードＤ６のアノード端子は、三相交流発電機１０の第１相巻線Ｌ１の出力端側に接続されている。抵抗器Ｒ７〜Ｒ９は、同じ抵抗値の抵抗器であり、トリガダイオードＴＤ１〜ＴＤ３に流れる電流を定格電流以下に制限する。
【００５７】
ダイオードＤ１及びダイオードＤ３のカソード端子は、抵抗器Ｒ７の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ７の他端側にはトリガダイオードＴＤ１の一端側が接続されており、トリガダイオードＴＤ１の他端側は、ゲート信号遮断回路４０を介して第１双方向サイリスタＴＲ１のゲート端子に接続されている。つまり第２相巻線Ｌ２の相電圧と第３相巻線Ｌ３の相電圧の論理和でトリガダイオードＴＤ１からトリガ信号が出力され、そのトリガ信号が第１双方向サイリスタＴＲ１のゲート信号となる。
【００５８】
ダイオードＤ２及びダイオードＤ５のカソード端子は、抵抗器Ｒ８の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ８の他端側にはトリガダイオードＴＤ２の一端側が接続されており、トリガダイオードＴＤ２の他端側は、ゲート信号遮断回路４０を介して第２双方向サイリスタＴＲ２のゲート端子に接続されている。つまり第１相巻線Ｌ１の相電圧と第３相巻線Ｌ３の相電圧の論理和でトリガダイオードＴＤ２からトリガ信号が出力され、そのトリガ信号が第２双方向サイリスタＴＲ２のゲート信号となる。
【００５９】
ダイオードＤ４及びダイオードＤ６のカソード端子は、抵抗器Ｒ９の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ９の他端側にはトリガダイオードＴＤ３の一端側が接続されており、トリガダイオードＴＤ３の他端側は、ゲート信号遮断回路４０を介して第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート端子に接続されている。つまり第１相巻線Ｌ１の相電圧と第２相巻線Ｌ２の相電圧の論理和でトリガダイオードＴＤ３からトリガ信号が出力され、そのトリガ信号が第３双方向サイリスタＴＲ３のゲート信号となる。
【００６０】
このような構成の自励ゲート信号生成回路３０でも本発明は実施可能であり、本発明による作用効果を得ることが出来る。
【００６１】
＜第３実施例＞
本発明に係る発電装置の第３実施例について、図８〜図１０を参照しながら説明する。
【００６２】
まず第３実施例の発電装置１００の構成について、図８を参照しながら説明する。
図８は、第３実施例の発電装置１００の全体構成図である。
第３実施例の発電装置１００は、五相交流発電機１１で発電した交流電力をコンバータ回路６１及び平滑コンデンサＣ１により直流電力に変換し、その直流電力を負荷Ｚ１へ供給する。このような構成の発電装置１００は、さらに第１遮断回路２１、自励ゲート信号生成回路３１、ゲート信号遮断回路４１、第２遮断回路５１及び制御装置７０を備えている。
【００６３】
五相交流発電機１１は、界磁に永久磁石を用いた「永久磁石発電機」であり、第１相巻線Ｌ１１、第２相巻線Ｌ１２、第３相巻線Ｌ１３、第４相巻線Ｌ１４及び第５相巻線Ｌ１５からなる固定子と、その固定子の中で回転する永久磁石で構成された回転子（図示せず）とを含む。第１相巻線Ｌ１１、第２相巻線Ｌ１２、第３相巻線Ｌ１３、第４相巻線Ｌ１４及び第５相巻線Ｌ１５は、回転子の回転方向へ７２度ずつ位相をずらして配置され、一端側が出力端子となり他端側が中立点Ｎに接続される。五相交流発電機１１は、エンジン等の駆動力源の回転駆動力が伝達されて回転子が回転することによって、五相交流電力を発電する。
【００６４】
第１遮断回路２１は、第１双方向サイリスタＴＲ１１、第２双方向サイリスタＴＲ１２、第３双方向サイリスタＴＲ１３、第４双方向サイリスタＴＲ１４及び第５双方向サイリスタＴＲ１５を含む。第１双方向サイリスタＴＲ１１、第２双方向サイリスタＴＲ１２、第３双方向サイリスタＴＲ１３、第４双方向サイリスタＴＲ１４及び第５双方向サイリスタＴＲ１５は、導通状態では双方向に電流が流れ、ゲート信号が入力された後は電流が流れない状態になるまで導通状態を自己保持する公知の「双方向半導体スイッチング回路」である。第１双方向サイリスタＴＲ１１は、五相交流発電機１１の第１相巻線Ｌ１１と中立点Ｎとの接続を切断可能に第１相巻線Ｌ１１と中立点Ｎとの間に設けられている。第２双方向サイリスタＴＲ１２は、五相交流発電機１１の第２相巻線Ｌ１２と中立点Ｎとの接続を切断可能に第２相巻線Ｌ１２と中立点Ｎとの間に設けられている。第３双方向サイリスタＴＲ１３は、五相交流発電機１１の第３相巻線Ｌ１３と中立点Ｎとの接続を切断可能に第３相巻線Ｌ１３と中立点Ｎとの間に設けられている。第４双方向サイリスタＴＲ１４は、五相交流発電機１１の第４相巻線Ｌ１４と中立点Ｎとの接続を切断可能に第４相巻線Ｌ１４と中立点Ｎとの間に設けられている。第５双方向サイリスタＴＲ１５は、五相交流発電機１１の第５相巻線Ｌ１５と中立点Ｎとの接続を切断可能に第５相巻線Ｌ１５と中立点Ｎとの間に設けられている。第１双方向サイリスタＴＲ１１、第２双方向サイリスタＴＲ１２、第３双方向サイリスタＴＲ１３、第４双方向サイリスタＴＲ１４及び第５双方向サイリスタＴＲ１５の各ゲート端子には、自励ゲート信号生成回路３１又は制御装置７０からゲート信号が入力される。
【００６５】
自励ゲート信号生成回路３１は、ダイオードＤ１１〜Ｄ２０及び抵抗器Ｒ１１〜Ｒ２０を含む。ダイオードＤ１１及びダイオードＤ１２のアノード端子は、五相交流発電機１１の第５相巻線Ｌ１５の出力端側に接続されている。ダイオードＤ１３及びダイオードＤ１４のアノード端子は、五相交流発電機１１の第４相巻線Ｌ１４の出力端側に接続されている。ダイオードＤ１５及びダイオードＤ１６のアノード端子は、五相交流発電機１１の第３相巻線Ｌ１３の出力端側に接続されている。ダイオードＤ１７及びダイオードＤ１８のアノード端子は、五相交流発電機１１の第２相巻線Ｌ１２の出力端側に接続されている。ダイオードＤ１９及びダイオードＤ２０のアノード端子は、五相交流発電機１１の第１相巻線Ｌ１１の出力端側に接続されている。抵抗器Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒ１５、Ｒ１７、Ｒ１９は、同じ抵抗値の抵抗器である。抵抗器Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ１６、Ｒ１８、Ｒ２０は、同じ抵抗値の抵抗器である。
【００６６】
ダイオードＤ１１及びダイオードＤ１７のカソード端子は、抵抗器Ｒ１１の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ１１の他端側には抵抗器Ｒ１２の一端側が接続されており、抵抗器Ｒ１２の他端側は五相交流発電機１１の中立点Ｎに接続されている。抵抗器Ｒ１１と抵抗器Ｒ１２との接続点は、ゲート信号遮断回路４１を介して第１双方向サイリスタＴＲ１１のゲート端子に接続されている。つまり第２相巻線Ｌ１２の相電圧と第５相巻線Ｌ１５の相電圧の論理和を抵抗器Ｒ１１と抵抗器Ｒ１２との抵抗比で分圧した電圧が、第１双方向サイリスタＴＲ１１のゲート信号となる。
【００６７】
ダイオードＤ１３及びダイオードＤ１８のカソード端子は、抵抗器Ｒ１３の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ１３の他端側には抵抗器Ｒ１４の一端側が接続されており、抵抗器Ｒ１４の他端側は五相交流発電機１１の中立点Ｎに接続されている。抵抗器Ｒ１３と抵抗器Ｒ１４との接続点は、ゲート信号遮断回路４１を介して第３双方向サイリスタＴＲ１３のゲート端子に接続されている。つまり第２相巻線Ｌ１２の相電圧と第４相巻線Ｌ１４の相電圧の論理和を抵抗器Ｒ１３と抵抗器Ｒ１４との抵抗比で分圧した電圧が、第３双方向サイリスタＴＲ１３のゲート信号となる。
【００６８】
ダイオードＤ１２及びダイオードＤ１５のカソード端子は、抵抗器Ｒ１５の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ１５の他端側には抵抗器Ｒ１６の一端側が接続されており、抵抗器Ｒ１６の他端側は五相交流発電機１１の中立点Ｎに接続されている。抵抗器Ｒ１５と抵抗器Ｒ１６との接続点は、ゲート信号遮断回路４１を介して第４双方向サイリスタＴＲ１４のゲート端子に接続されている。つまり第３相巻線Ｌ１３の相電圧と第５相巻線Ｌ１５の相電圧の論理和を抵抗器Ｒ１５と抵抗器Ｒ１６との抵抗比で分圧した電圧が、第４双方向サイリスタＴＲ１４のゲート信号となる。
【００６９】
ダイオードＤ１４及びダイオードＤ１９のカソード端子は、抵抗器Ｒ１７の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ１７の他端側には抵抗器Ｒ１８の一端側が接続されており、抵抗器Ｒ１８の他端側は五相交流発電機１１の中立点Ｎに接続されている。抵抗器Ｒ１７と抵抗器Ｒ１８との接続点は、ゲート信号遮断回路４１を介して第５双方向サイリスタＴＲ１５のゲート端子に接続されている。つまり第１相巻線Ｌ１１の相電圧と第４相巻線Ｌ１４の相電圧の論理和を抵抗器Ｒ１７と抵抗器Ｒ１８との抵抗比で分圧した電圧が、第５双方向サイリスタＴＲ１５のゲート信号となる。
【００７０】
ダイオードＤ１６及びダイオードＤ２０のカソード端子は、抵抗器Ｒ１９の一端側に接続されている。抵抗器Ｒ１９の他端側には抵抗器Ｒ２０の一端側が接続されており、抵抗器Ｒ２０の他端側は五相交流発電機１１の中立点Ｎに接続されている。抵抗器Ｒ１９と抵抗器Ｒ２０との接続点は、ゲート信号遮断回路４１を介して第２双方向サイリスタＴＲ１２のゲート端子に接続されている。つまり第１相巻線Ｌ１１の相電圧と第３相巻線Ｌ１３の相電圧の論理和を抵抗器Ｒ１９と抵抗器Ｒ２０との抵抗比で分圧した電圧が、第２双方向サイリスタＴＲ１２のゲート信号となる。
【００７１】
ゲート信号遮断回路４１は、自励ゲート信号生成回路３１が出力するゲート信号を遮断可能に設けられた五つのスイッチＳ１１〜Ｓ１５を含む。スイッチＳ１１は、抵抗器Ｒ１１と抵抗器Ｒ１２との接続点から第１双方向サイリスタＴＲ１１のゲート端子へ出力されるゲート信号をＯＮ／ＯＦＦ可能に設けられている。スイッチＳ１２は、抵抗器Ｒ１３と抵抗器Ｒ１４との接続点から第２双方向サイリスタＴＲ１２のゲート端子へ出力されるゲート信号をＯＮ／ＯＦＦ可能に設けられている。スイッチＳ１３は、抵抗器Ｒ１５と抵抗器Ｒ１６との接続点から第３双方向サイリスタＴＲ１３のゲート端子へ出力されるゲート信号をＯＮ／ＯＦＦ可能に設けられている。スイッチＳ１４は、抵抗器Ｒ１７と抵抗器Ｒ１８との接続点から第４双方向サイリスタＴＲ１４のゲート端子へ出力されるゲート信号をＯＮ／ＯＦＦ可能に設けられている。スイッチＳ１５は、抵抗器Ｒ１９と抵抗器Ｒ２０との接続点から第５双方向サイリスタＴＲ１５のゲート端子へ出力されるゲート信号をＯＮ／ＯＦＦ可能に設けられている。
【００７２】
「出力遮断回路」としての第２遮断回路５１は、五相交流発電機１１からコンバータ回路６１への交流電力出力を遮断可能に設けられた五つの遮断器Ｓ１６〜Ｓ２０を含む。遮断器Ｓ１６は、第１相巻線Ｌ１１からコンバータ回路６１への出力を遮断可能に設けられている。遮断器Ｓ１７は、第２相巻線Ｌ１２からコンバータ回路６１への出力を遮断可能に設けられている。遮断器Ｓ１８は、第３相巻線Ｌ１３からコンバータ回路６１への出力を遮断可能に設けられている。遮断器Ｓ１９は、第４相巻線Ｌ１４からコンバータ回路６１への出力を遮断可能に設けられている。遮断器Ｓ２０は、第５相巻線Ｌ１５からコンバータ回路６１への出力を遮断可能に設けられている。
【００７３】
第１実施例と同じ構成の制御装置７０は、公知のマイコン制御回路を含み、ダイオードＤ２１〜Ｄ２５を介して、第１双方向サイリスタＴＲ１１、第２双方向サイリスタＴＲ１２、第３双方向サイリスタＴＲ１３、第４双方向サイリスタＴＲ４及び第５双方向サイリスタＴＲ５のゲート端子の各々に接続されている。制御装置７０は、五相交流発電機１１を起動するときに、第１双方向サイリスタＴＲ１１、第２双方向サイリスタＴＲ１２、第３双方向サイリスタＴＲ１３、第４双方向サイリスタＴＲ４及び第５双方向サイリスタＴＲ５のゲート信号を出力する。また制御装置７０は、ゲート信号遮断回路４１に接続されており、スイッチＳ１１〜Ｓ１５を制御する。さらに制御装置７０は、第２遮断回路５１に接続されており、遮断器Ｓ１６〜Ｓ２０を制御する。さらに制御装置７０は、コンバータ回路６１に接続されており、コンバータ回路６１から出力される直流電力の電圧を制御する。
【００７４】
つづいて第３実施例の発電装置１００の動作について、図９及び図１０のタイミングチャートを参照しながら説明する。
【００７５】
図９は、第３実施例の発電装置１００の起動時及び正常動作時のタイミングチャートである。図９（ａ）は、制御装置７０が出力する起動ゲート信号を図示したものであり、図９（ｂ）は、自励ゲート信号生成回路３１が出力する自励ゲート信号を図示したものであり、図９（ｃ）は、五相交流発電機１１の出力電圧を図示したものである。
【００７６】
起動前の五相交流発電機１１は、第１双方向サイリスタＴＲ１１、第２双方向サイリスタＴＲ１２、第３双方向サイリスタＴＲ１３、第４双方向サイリスタＴＲ１４及び第５双方向サイリスタＴＲ１５がいずれも消弧しているため、第１相巻線Ｌ１１、第２相巻線Ｌ１２、第３相巻線Ｌ１３、第４相巻線Ｌ１４及び第５相巻線Ｌ１５は、いずれも中立点Ｎから切断された状態となっている。したがって起動前の五相交流発電機１１は、回転駆動力が伝達されて回転子が回転しても、そのままでは、第１相巻線Ｌ１１、第２相巻線Ｌ１２、第３相巻線Ｌ１３、第４相巻線Ｌ１４及び第５相巻線Ｌ１５に電流は流れず、よって発電しない。
【００７７】
起動時には、五相交流発電機１１の回転子が一定以上の回転速度で回転している状態で、第１双方向サイリスタＴＲ１１、第２双方向サイリスタＴＲ１２、第３双方向サイリスタＴＲ１３、第４双方向サイリスタＴＲ１４及び第５双方向サイリスタＴＲ１５の各ゲート端子へ制御装置７０から起動ゲート信号が出力される（図９（ａ）：タイミングＴ２１）。すると第１双方向サイリスタＴＲ１１、第２双方向サイリスタＴＲ１２、第３双方向サイリスタＴＲ１３、第４双方向サイリスタＴＲ１４及び第５双方向サイリスタＴＲ１５が一斉に点弧する。つまり第１相巻線Ｌ１１、第２相巻線Ｌ１２、第３相巻線Ｌ１３、第４相巻線Ｌ１４及び第５相巻線Ｌ１５は、全て中立点Ｎに接続されて電流が流れる状態になる。それによって五相交流発電機１１は、回転子の回転によって発電する状態となり、出力端子から五相交流電力が出力される（図９（ｃ））。
尚、図９（ｃ）において、第１相波形Ｐ１は第１相巻線Ｌ１１に励起される交流電圧波形、第２相波形Ｐ２は第２相巻線Ｌ１２に励起される交流電圧波形、第３相波形Ｐ３は第３相巻線Ｌ１３に励起される交流電圧波形、第４相波形Ｐ４は第４相巻線Ｌ１４に励起される交流電圧波形、第５相波形Ｐ５は第５相巻線Ｌ１５に励起される交流電圧波形である。
【００７８】
五相交流発電機１１の出力端子から五相交流電力が出力されるようになると、それによって自励ゲート信号生成回路３１から自励ゲート信号が出力されるようになる（図９（ｂ））。より具体的には、第１相巻線Ｌ１１に励起される負電圧によって、第２双方向サイリスタＴＲ１２及び第５双方向サイリスタＴＲ１５のゲート端子にゲート信号が出力される（以下、「第１ゲート信号ＧＳ１」という。）。第２相巻線Ｌ１２に励起される負電圧によって、第１双方向サイリスタＴＲ１１及び第３双方向サイリスタＴＲ１３のゲート端子にゲート信号が出力される（以下、「第２ゲート信号ＧＳ２」という。）。第３相巻線Ｌ１３に励起される負電圧によって、第２双方向サイリスタＴＲ１２及び第４双方向サイリスタＴＲ１４のゲート端子にゲート信号が出力される（以下、「第３ゲート信号ＧＳ３」という。）。第４相巻線Ｌ１４に励起される負電圧によって、第３双方向サイリスタＴＲ１３及び第５双方向サイリスタＴＲ１５のゲート端子にゲート信号が出力される（以下、「第４ゲート信号ＧＳ４」という。）。第５相巻線Ｌ１５に励起される負電圧によって、第１双方向サイリスタＴＲ１１及び第４双方向サイリスタＴＲ１４のゲート端子にゲート信号が出力される（以下、「第５ゲート信号ＧＳ５」という。）。また第１双方向サイリスタＴＲ１１、第２双方向サイリスタＴＲ１２、第３双方向サイリスタＴＲ１３、第４双方向サイリスタＴＲ１４及び第５双方向サイリスタＴＲ１５は、トリガ電圧Ｖ２以上の負電圧のゲート信号がゲート端子に入力されることによって点弧する。つまりトリガ電圧Ｖ２以上の負電圧が有効なゲート信号となる。このトリガ電圧Ｖ２は、双方向サイリスタの特性に応じて決定される。
【００７９】
第１ゲート信号ＧＳ１は、第２相巻線Ｌ１２に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ２４）を含む期間、及び第５相巻線Ｌ１５に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ２５）を含む期間、第２双方向サイリスタＴＲ１２及び第５双方向サイリスタＴＲ１５のゲート端子にトリガ電圧Ｖ２以上の負電圧として出力される。
【００８０】
第２ゲート信号ＧＳ２は、第１相巻線Ｌ１１に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ２７）を含む期間、及び第３相巻線Ｌ１３に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ２６）を含む期間、第１双方向サイリスタＴＲ１１及び第３双方向サイリスタＴＲ１３のゲート端子にトリガ電圧Ｖ２以上の負電圧として出力される。
【００８１】
第３ゲート信号ＧＳ３は、第２相巻線Ｌ１２に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ２９）を含む期間、及び第４相巻線Ｌ１４に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ２８）を含む期間、第２双方向サイリスタＴＲ１２及び第４双方向サイリスタＴＲ１４のゲート端子にトリガ電圧Ｖ２以上の負電圧として出力される。
【００８２】
第４ゲート信号ＧＳ４は、第３相巻線Ｌ１３に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ３１）を含む期間、及び第５相巻線Ｌ１５に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ３０）を含む期間、第３双方向サイリスタＴＲ１３及び第５双方向サイリスタＴＲ１５のゲート端子にトリガ電圧Ｖ２以上の負電圧として出力される。
【００８３】
第５ゲート信号ＧＳ５は、第１相巻線Ｌ１１に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ２２）を含む期間、及び第４相巻線Ｌ１４に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ２３）を含む期間、第１双方向サイリスタＴＲ１１及び第４双方向サイリスタＴＲ１４のゲート端子にトリガ電圧Ｖ２以上の負電圧として出力される。
【００８４】
したがって第１相巻線Ｌ１１に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ２２）では、第５ゲート信号ＧＳ５によって、第１双方向サイリスタＴＲ１１が点弧される。第４相巻線Ｌ１４に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ２３）では、第５ゲート信号ＧＳ５によって、第４双方向サイリスタＴＲ１４が点弧される。第２相巻線Ｌ１２に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ２４）では、第１ゲート信号ＧＳ１によって、第２双方向サイリスタＴＲ１２が点弧される。第５相巻線Ｌ１５に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ２５）では、第１ゲート信号ＧＳ１によって、第５双方向サイリスタＴＲ１５が点弧される。第３相巻線Ｌ１３に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ２６）では、第２ゲート信号ＧＳ２によって、第３双方向サイリスタＴＲ１３が点弧される。第１相巻線Ｌ１１に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ２７）では、第２ゲート信号ＧＳ２によって、第１双方向サイリスタＴＲ１１が点弧される。第４相巻線Ｌ１４に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ２８）では、第３ゲート信号ＧＳ３によって、第４双方向サイリスタＴＲ１４が点弧される。第２相巻線Ｌ１２に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ２９）では、第３ゲート信号ＧＳ３によって、第２双方向サイリスタＴＲ１２が点弧される。第５相巻線Ｌ１５に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミング（タイミングＴ３０）では、第４ゲート信号ＧＳ４によって、第５双方向サイリスタＴＲ１５が点弧される。第３相巻線Ｌ１３に励起される交流電圧が負から正に切り替わるタイミング（タイミングＴ３１）では、第４ゲート信号ＧＳ４によって、第３双方向サイリスタＴＲ１３が点弧される。
【００８５】
つまり自励ゲート信号生成回路３１からゲート信号が出力されるようになると、そのゲート信号によって、第１相巻線Ｌ１１、第２相巻線Ｌ１２、第３相巻線Ｌ１３、第４相巻線Ｌ１４及び第５相巻線Ｌ１５が全て中立点Ｎに接続された状態が維持されるので、五相交流発電機１１が正常に発電している状態が維持される。
【００８６】
図１０は、第３実施例の発電装置１００において相間短絡が生じたときのタイミングチャートである。図１０（ａ）は、自励ゲート信号生成回路３１が出力する自励ゲート信号を図示したものであり、図１０（ｂ）は、五相交流発電機１１の出力電圧を図示したものである。
以下、相間短絡が生じて第１相巻線Ｌ１１の相電圧が低下したときを例に説明する。
【００８７】
相間短絡が生じて第１相巻線Ｌ１１の相電圧が大きく低下すると（タイミングＴ３２）、第１相巻線Ｌ１１に励起される負電圧によって生成される第１ゲート信号ＧＳ１の電圧がトリガ電圧Ｖ２未満に低下する（図１０（ａ））。それによって第２相巻線Ｌ１２の電圧が０となるタイミングで、第２双方向サイリスタＴＲ１２が自己消弧し（タイミングＴ３３）、つづいて第５相巻線Ｌ１５の電圧が０となるタイミングで、第５双方向サイリスタＴＲ１５が自己消弧する（タイミングＴ３４）。そして第２双方向サイリスタＴＲ１２及び第５双方向サイリスタＴＲ１５が自己消弧することによって、第２相巻線Ｌ１２及び第５相巻線Ｌ１５が中立点Ｎから切断される。
【００８８】
また第２相巻線Ｌ１２が中立点Ｎから切断されることによって、第２ゲート信号ＧＳ２が出力されなくなるため、第３相巻線Ｌ１３の相電圧が０となるタイミングで第３双方向サイリスタＴＲ１３が自己消弧し、第３相巻線Ｌ１３が中立点Ｎから切断される（タイミングＴ３５）。つづいて第１相巻線Ｌ１１の相電圧が０となるタイミングで第１双方向サイリスタＴＲ１１が自己消弧し、第１相巻線Ｌ１１が中立点Ｎから切断される（タイミングＴ３６）。そして第３相巻線Ｌ１３が中立点Ｎから切断されることによって、第３ゲート信号ＧＳ３が出力されなくなるため、第４相巻線Ｌ１４の相電圧が０となるタイミングで第４双方向サイリスタＴＲ１４が自己消弧し、第４相巻線Ｌ１４が中立点Ｎから切断される（タイミングＴ３７）。この時点で、第１相巻線Ｌ１１、第２相巻線Ｌ１２、第３相巻線Ｌ１３、第４相巻線Ｌ１４及び第５相巻線Ｌ１５が全て中立点Ｎから切断されている状態となる。またそれによって、第１ゲート信号ＧＳ１、第２ゲート信号ＧＳ２、第３ゲート信号ＧＳ３、第４ゲート信号ＧＳ４及び第５ゲート信号ＧＳ５は全て出力されなくなる。
【００８９】
つまり五相交流発電機１１の内部で相間短絡が生じて、第１相巻線Ｌ１１の相電圧が低下したときには、第１双方向サイリスタＴＲ１１、第２双方向サイリスタＴＲ１２、第３双方向サイリスタＴＲ１３、第４双方向サイリスタＴＲ１４及び第５双方向サイリスタＴＲ１５が連鎖的に自己消弧して非導通状態となり、それによって第１相巻線Ｌ１１、第２相巻線Ｌ１２、第３相巻線Ｌ１３、第４相巻線Ｌ１４及び第５相巻線Ｌ１５が全て中立点Ｎから切断されることになる。それによって五相交流発電機１１の内部で相間短絡が生じたときには、第１相巻線Ｌ１１、第２相巻線Ｌ１２、第３相巻線Ｌ１３、第４相巻線Ｌ１４及び第５相巻線Ｌ１５に電流が流れなくなるので、回転子が回転している状態であっても、相間短絡による短絡電流を迅速に止めることができる。また五相交流発電機１１の回転子が回転している状態であっても、相間短絡による短絡電流を迅速に止めることができるので、従来のように回転子への回転駆動力の伝達を切断するクラッチ機構を設ける必要がない。したがって発電装置１００が複雑化及び大型化してしまう虞が生じない。
【００９０】
以上説明したように本発明によれば、五相交流発電機１１の内部で相間短絡が生じた場合に、その相間短絡に起因した五相交流発電機１１の焼損等が生ずる虞が少ない発電装置１００を低コストで実現することができる。
【００９１】
＜他の実施例、変形例＞
本発明は、上記説明した実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であること言うまでもない。
【００９２】
例えば上記実施例の三相交流発電機１０及び五相交流発電機１１は、各相巻線が集中巻きで巻かれているのが好ましい。所謂集中巻きは、同一のスロットに一つの相の巻線のみを巻くので、同一のスロットに異なる相の巻線を隣接させて巻く所謂分布巻きと比較して、相間短絡が生じる虞をより低減させることができる。
【００９３】
例えば上記実施例の三相交流発電機１０及び五相交流発電機１１は、相巻線の巻き始めと巻き終わりとが相反する方向へ引き出されているのが好ましい。それによって三相交流発電機１０及び五相交流発電機１１から引き出された相巻線の巻き始め部分と巻き終わり部分とが接触して短絡する虞を低減させることができる。
【００９４】
例えば上記実施例の三相交流発電機１０は、第１遮断回路２０を内蔵させた構成としてもよいし、上記実施例の五相交流発電機１１は、第１遮断回路２１を内蔵させた構成としてもよい。このような構成の三相交流発電機１０及び五相交流発電機１１も本発明の対象となり得る。
【符号の説明】
【００９５】
１０ 三相交流発電機
１１ 五相交流発電機
２０、２１ 第１遮断回路
３０、３１ 自励ゲート信号生成回路
４０、４１ ゲート信号遮断回路
５０、５１ 第２遮断回路
６０、６１ コンバータ回路
７０ 制御装置
１００ 発電装置
Ｌ１、Ｌ１１ 第１相巻線
Ｌ２、Ｌ１２ 第２相巻線
Ｌ３、Ｌ１３ 第３相巻線
Ｌ４、Ｌ１４ 第４相巻線
Ｌ５、Ｌ１５ 第５相巻線
Ｓ１〜Ｓ３、Ｓ１１〜Ｓ１５ スイッチ
Ｓ４〜Ｓ６、Ｓ１６〜Ｓ２０ 遮断器
ＴＤ１〜ＴＤ３ トリガダイオード
ＴＲ１、ＴＲ１１ 第１双方向サイリスタ
ＴＲ２、ＴＲ１２ 第２双方向サイリスタ
ＴＲ３、ＴＲ１３ 第３双方向サイリスタ
ＴＲ４、ＴＲ１４ 第４双方向サイリスタ
ＴＲ５、ＴＲ１５ 第５双方向サイリスタ
Ｔｈ１〜Ｔｈ６ サイリスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側が出力端子となり他端側が中立点に接続される相巻線を三つ以上含む永久磁石発電機と、
前記永久磁石発電機の相巻線と中立点との接続を切断可能に各相巻線と中立点との間に各々設けられ、導通状態では双方向に電流が流れ、ゲート信号が入力された後は電流が流れない状態になるまで導通状態を自己保持する双方向半導体スイッチング回路と、
前記永久磁石発電機の相巻線に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミングを含む期間、及び負から正に切り替わるタイミングを含む期間、当該相巻線に対応する前記双方向半導体スイッチング回路のゲート信号が出力されるように、当該相巻線以外の相巻線に励起される交流電圧から前記双方向半導体スイッチング回路のゲート信号を各々生成する自励ゲート信号生成回路と、
前記永久磁石発電機を起動するときに全ての前記双方向半導体スイッチング回路のゲート信号を出力する起動ゲート信号出力回路と、を備える発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発電装置において、前記自励ゲート信号生成回路が出力するゲート信号を遮断可能なゲート信号遮断回路をさらに備える、ことを特徴とした発電装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発電装置において、前記永久磁石発電機の出力を遮断可能な出力遮断回路をさらに備える、ことを特徴とした発電装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の発電装置において、前記双方向半導体スイッチング回路は双方向サイリスタである、ことを特徴とした発電装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の発電装置において、前記永久磁石発電機は、相巻線が集中巻きで巻かれている、ことを特徴とした発電装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の発電装置において、前記永久磁石発電機は、相巻線の巻き始めと巻き終わりとが相反する方向へ引き出されている、ことを特徴とした発電装置。
【請求項７】
一端側が出力端子となり他端側が中立点に接続される三つ以上の相巻線と、
相巻線と中立点との接続を切断可能に各相巻線と中立点との間に各々設けられ、導通状態では双方向に電流が流れ、ゲート信号が入力された後は電流が流れない状態になるまで導通状態を自己保持する双方向半導体スイッチング回路と、を備える永久磁石発電機。
【請求項１】
一端側が出力端子となり他端側が中立点に接続される相巻線を三つ以上含む永久磁石発電機と、
前記永久磁石発電機の相巻線と中立点との接続を切断可能に各相巻線と中立点との間に各々設けられ、導通状態では双方向に電流が流れ、ゲート信号が入力された後は電流が流れない状態になるまで導通状態を自己保持する双方向半導体スイッチング回路と、
前記永久磁石発電機の相巻線に励起される交流電圧が正から負に切り替わるタイミングを含む期間、及び負から正に切り替わるタイミングを含む期間、当該相巻線に対応する前記双方向半導体スイッチング回路のゲート信号が出力されるように、当該相巻線以外の相巻線に励起される交流電圧から前記双方向半導体スイッチング回路のゲート信号を各々生成する自励ゲート信号生成回路と、
前記永久磁石発電機を起動するときに全ての前記双方向半導体スイッチング回路のゲート信号を出力する起動ゲート信号出力回路と、を備える発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発電装置において、前記自励ゲート信号生成回路が出力するゲート信号を遮断可能なゲート信号遮断回路をさらに備える、ことを特徴とした発電装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発電装置において、前記永久磁石発電機の出力を遮断可能な出力遮断回路をさらに備える、ことを特徴とした発電装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の発電装置において、前記双方向半導体スイッチング回路は双方向サイリスタである、ことを特徴とした発電装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の発電装置において、前記永久磁石発電機は、相巻線が集中巻きで巻かれている、ことを特徴とした発電装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の発電装置において、前記永久磁石発電機は、相巻線の巻き始めと巻き終わりとが相反する方向へ引き出されている、ことを特徴とした発電装置。
【請求項７】
一端側が出力端子となり他端側が中立点に接続される三つ以上の相巻線と、
相巻線と中立点との接続を切断可能に各相巻線と中立点との間に各々設けられ、導通状態では双方向に電流が流れ、ゲート信号が入力された後は電流が流れない状態になるまで導通状態を自己保持する双方向半導体スイッチング回路と、を備える永久磁石発電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２５３９３４（Ｐ２０１２−２５３９３４Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２５３７７（Ｐ２０１１−１２５３７７）
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（５００３０２５５２）株式会社ＩＨＩエアロスペース (298)
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（５００３０２５５２）株式会社ＩＨＩエアロスペース (298)
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
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